JP2005083270A - Heat accumulator of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄熱タンクと吸気通路とを有する内燃機関の蓄熱装置に関する。 The present invention relates to a heat storage device for an internal combustion engine having a heat storage tank and an intake passage.
内燃機関の冷間始動時には、燃焼室や冷却水の温度が低下しており、吸気ポート壁面等の温度が低いままとなり、燃料噴射弁から吸気ポート内に噴射された燃料の霧化が不充分となる。この場合、内燃機関に供給される燃料と吸入空気とを充分に混合させることができない。この為、内燃機関始動直後の暖機が不充分な状態では、内燃機関が充分暖機された状態に比べて、燃費及びエミッション性能が悪化している。 During the cold start of the internal combustion engine, the temperature of the combustion chamber and cooling water has decreased, the temperature of the intake port wall surface remains low, and the atomization of the fuel injected from the fuel injection valve into the intake port is insufficient It becomes. In this case, the fuel supplied to the internal combustion engine and the intake air cannot be sufficiently mixed. For this reason, in a state where the warm-up immediately after starting the internal combustion engine is insufficient, fuel consumption and emission performance are deteriorated as compared with a state where the internal combustion engine is sufficiently warmed up.
そのため、特許文献1に示されているように、高温の冷却水を貯留した蓄熱タンクを設け、内燃機関の始動に先立ってシリンダヘッド等の昇温必要箇所に蓄熱タンクに貯留しておいた高温の冷却水を供給することにより、内燃機関の暖機を促進する技術がある。
Therefore, as shown in
内燃機関の暖機運転終了後、例えば内燃機関の高負荷状態において、内燃機関本体の外側表面から周囲の空間に放出される熱量が増大する。特許文献1に開示された蓄熱タンクは、内燃機関本体の吸気側に接触して設置されているので、吸気通路の内燃機関本体に面している部分において、内燃機関本体の外側表面からの伝熱を遮断することができる。したがって、吸気通路内部を通過し燃焼室内に給送される吸入空気が過度に加熱されることを抑制することができるので、内燃機関の燃焼室内における充填効率の低下を抑制することができる。
After the warm-up operation of the internal combustion engine is finished, for example, in a high load state of the internal combustion engine, the amount of heat released from the outer surface of the internal combustion engine body to the surrounding space increases. Since the heat storage tank disclosed in
しかし、内燃機関本体の外側表面から放出される熱は、空気を媒体として吸気通路に伝熱されるので、特許文献1の構成では、内燃機関本体の外側表面から周囲の空間に放出された熱による伝熱の一部しか抑制できない。したがって、吸入空気の温度上昇による吸入空気の充填効率の低下を充分に抑制することができないものとなっていた。
However, since the heat released from the outer surface of the internal combustion engine body is transferred to the intake passage using air as a medium, in the configuration of
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、吸気通路のうち、内燃機関本体の外側表面から放出された熱を受熱する部分を、蓄熱タンクを用いて断熱することにより、部品点数を増やすことなく、内燃機関本体からの熱に起因して吸気通路が過度に加熱されることを抑制し、内燃機関の燃焼室における吸入空気の充填効率の低下を抑制することを課題とする。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and insulates a portion of the intake passage that receives heat released from the outer surface of the internal combustion engine body using a heat storage tank. Thus, without increasing the number of parts, the intake passage is prevented from being heated excessively due to the heat from the internal combustion engine body, and the reduction of the charging efficiency of the intake air in the combustion chamber of the internal combustion engine is suppressed. Is an issue.
本発明は上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。内燃機関の吸気通路と、熱媒体を貯留する蓄熱タンクと、を備える内燃機関の蓄熱装置において、前記吸気通路の長手方向における少なくとも一部の全周を前記蓄熱タンクの断熱材により被覆することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following means. In a heat storage device for an internal combustion engine comprising an intake passage of the internal combustion engine and a heat storage tank for storing a heat medium, covering at least a part of the entire circumference in the longitudinal direction of the intake passage with a heat insulating material of the heat storage tank. Features.
本出願に係る第2の発明は、請求項1に記載の内燃機関の蓄熱装置において、前記吸気通路の少なくとも一部の全周が、前記蓄熱タンクの貯留部により被覆されることを特徴とする。
According to a second aspect of the present application, in the heat storage device for an internal combustion engine according to
本出願に係る第3の発明は、請求項1または2に記載の内燃機関の蓄熱装置において、エアークリーナとサージタンクとを連通する吸気ダクトであることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the heat storage device for an internal combustion engine according to the first or second aspect, the present invention is an air intake duct that communicates an air cleaner and a surge tank.
本出願に係る第4の発明は、請求項2または3に記載の内燃機関の蓄熱装置において、前記蓄熱タンクの流入口が、前記蓄熱タンクの周方向に向けられて設けられることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present application, in the heat storage device for an internal combustion engine according to
本出願に係る第5の発明は、請求項1から4の何れか一つに記載の内燃機関の蓄熱装置において、前記蓄熱タンクの少なくとも一部または前記吸気通路の少なくとも一部を樹脂により形成されたことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present application, in the heat storage device for an internal combustion engine according to any one of
この第1の発明に係る内燃機関の蓄熱装置では、吸気通路の長手方向における少なくとも一部の全周を蓄熱タンクの断熱材により被覆する。したがって、蓄熱タンクの断熱材により、吸気通路における内燃機関本体の外側表面から放出される熱を遮断することができるので、部品点数を増やすことなく、内燃機関本体内の燃焼室における充填効率の低下をより抑制することができる。 In the heat storage device for an internal combustion engine according to the first invention, at least a part of the entire circumference in the longitudinal direction of the intake passage is covered with the heat insulating material of the heat storage tank. Therefore, the heat released from the outer surface of the internal combustion engine body in the intake passage can be blocked by the heat insulating material of the heat storage tank, so that the filling efficiency in the combustion chamber in the internal combustion engine body is reduced without increasing the number of parts. Can be further suppressed.
この第2の発明に係る内燃機関の蓄熱装置では、吸気通路の少なくとも一部の全周が、蓄熱タンクの貯留部によって被覆される。したがって、内燃機関本体と吸気ダクトとの間の空間における蓄熱タンクの占める領域を小さくすることができるので、内燃機関本体と吸気ダクトとの間の空間を大きくすることができる。 In the heat storage device for an internal combustion engine according to the second aspect of the invention, at least a part of the entire circumference of the intake passage is covered with the storage portion of the heat storage tank. Therefore, since the area occupied by the heat storage tank in the space between the internal combustion engine body and the intake duct can be reduced, the space between the internal combustion engine body and the intake duct can be increased.
この第3の発明に係る内燃機関の蓄熱装置では、吸気通路はエアークリーナとサージタンクとを連通する吸気ダクトであることを特徴とする。したがって、吸気全体が、蓄熱タンクの断熱材内に位置することになり、内燃機関本体の外側表面から吸気通路への伝熱を確実に遮断することができるので、内燃機関本体内の燃焼室における充填効率の低下を確実に抑制することができる。 In the heat storage device for an internal combustion engine according to the third aspect of the invention, the intake passage is an intake duct that communicates the air cleaner and the surge tank. Therefore, the entire intake air is located within the heat insulating material of the heat storage tank, and heat transfer from the outer surface of the internal combustion engine body to the intake passage can be reliably blocked, so that in the combustion chamber in the internal combustion engine body A decrease in filling efficiency can be reliably suppressed.
この第4の発明に係る内燃機関の蓄熱装置では、蓄熱タンクの流入口が蓄熱タンクの周方向に向けて設けられる。したがって、したがって、蓄熱タンクに流入する冷却水が周方向の流れとを有するので、蓄熱タンク内の冷却水全体に周方向の流れを付与することができ、蓄熱タンク内に貯留されている冷却水が澱むことを抑制することができる。 In the heat storage device for an internal combustion engine according to the fourth invention, the inlet of the heat storage tank is provided toward the circumferential direction of the heat storage tank. Therefore, since the cooling water flowing into the heat storage tank has a circumferential flow, the cooling water stored in the heat storage tank can be given to the entire cooling water in the heat storage tank. Can be prevented from stagnation.
この第5の発明に係る内燃機関の蓄熱装置では、蓄熱タンクと吸気通路の少なくとも一部とが樹脂により形成される。したがって、金属により形成された蓄熱タンク及び吸気ダクトに比べて軽量にすることができる。 In the heat storage device for an internal combustion engine according to the fifth aspect, the heat storage tank and at least a part of the intake passage are formed of resin. Therefore, it can be made lighter than a heat storage tank and an intake duct formed of metal.
初めに、第1の実施の形態に係る内燃機関の蓄熱装置を図1から図13の図面を参照して説明する。 First, a heat storage device for an internal combustion engine according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 13.
図1に示すように内燃機関本体1は、シリンダヘッド2、シリンダブロック4から成り、シリンダヘッド2にはシリンダヘッド側冷却水通路3、シリンダブロック4にはシリンダブロック側冷却水通路5が、それぞれ設けられている。シリンダヘッド側冷却水通路3とシリンダブロック側冷却水通路5とは連通されている。冷却水は、シリンダヘッド側冷却水通路3、シリンダブロック側冷却水通路5を流れることにより内燃機関本体1を冷却し、一方、内燃機関本体1の熱を受熱することにより加熱される。このシリンダヘッド側冷却水通路3は冷却水経路6及び冷却水経路7を介して蓄熱タンク8に連通されている。
As shown in FIG. 1, the internal
冷却水は、冷却水経路6の途中に設置された電動ウォータポンプ9により昇圧され、電動ウォータポンプ9の下流であり蓄熱タンク8側の冷却水経路6に送出される。さらに、冷却水は、蓄熱タンク8に設置の流入口10、流出口11、冷却水経路7、シリンダヘッド側冷却水通路3、冷却水経路6、電動ウォータポンプ9、の順に循環しており、冷却水循環路12を形成している。
The cooling water is boosted by an
ここで、シリンダヘッド2及びシリンダブロック4の周辺の構造について詳細に説明する。
Here, the structure around the
シリンダブロック4にはシリンダ13が設けられており、このシリンダ13内にはピストン14が嵌挿されている。このピストン14がシリンダ13内を上下動することにより、内燃機関の出力軸(図示せず)を回転させることとなる。燃焼室15は、シリンダヘッド2、シリンダブロック4、及びピストン14により確定される空間である。燃焼室15は、吸気バルブ16及び排気バルブ17を介してそれぞれ吸気ポート18及び排気ポート19と連通しており、内燃機関運転時には、吸気ポート18を通じた混合気の導入や、排気ポート19を通じた排ガスの排出が行われる。吸気ポート18に取り付けられた燃料噴射弁20は、電子制御ユニット(ECU)21からの指令信号に基づき燃料を噴射供給する。燃料噴射弁20によって噴射供給された燃料は吸気ポート18内で霧化する。吸気ポート18には図1に示す通り二重管構造の内管22の内側を吸入空気の通路として構成する吸気ダクト23が連通されている。さらに、吸気ダクト23の上流には吸入空気の不純物を除去するエアクリーナ24が連通されている。エアクリーナ24により不純物が除去され、その後、吸気ダクト23の内管22を通過した吸入空気が、吸気ポート18内で霧化された燃料とともに混合気を形成しつつ燃焼室15内に取り込まれる。尚、電子制御ユニット(ECU)21の指令信号に基づいて駆動するイグナイタ25が、適宜のタイミングで点火プラグ26に通電を行うことで、燃焼室15内に取り込まれた混合気が燃焼される。
A
シリンダヘッド2内において吸気ポート18及び排気ポート19の近傍には、前述のシリンダヘッド側冷却水通路3の一部に相当する吸気ポート側冷却水通路3a、排気ポート側冷却水通路3bがそれぞれ形成されている。一方、シリンダブロック側冷却水通路5は、シリンダ13の外周を取り巻くように形成されている。
In the
次に,図1の冷却水循環路12内に設置された蓄熱タンク8の構造について説明する。
Next, the structure of the
蓄熱タンク8は、例えば図1に示すように、二重管構造である吸気ダクト23の外管27を形成する樹脂と、内管22との間に設けられている。この外管27を形成する樹脂は、気密性、液密性を有し、且つ所定の断熱性を有する樹脂である。したがって、内燃機関本体1の表面から周囲の空間に放出される熱量が増大しても、外管27を形成する樹脂の断熱性により、吸気ダクト23が周囲の空間から伝熱される熱を遮断することができる。ゆえに、燃焼室15に給送される吸入空気が過度に加熱されることに起因する充填効率の低下を抑制することができる。また、蓄熱タンク8が、内燃機関本体1と吸気ダクト23との間に設けられた場合、内燃機関本体1と吸気ダクト23との間に存在する空間が、蓄熱タンク8が占める領域分だけ小さくなる。本実施例では、蓄熱タンク8を、二重管構造である吸気ダクト23の外管27を形成する樹脂と、内管22との間に設けることにより、内燃機関本体1と吸気ダクト23との間の空間における蓄熱タンク8の占める領域を小さくすることができるので、内燃機関本体1と吸気ダクト23との間の空間を大きくすることができる。
For example, as shown in FIG. 1, the
図1に示した蓄熱タンク8は、貯留部が外管27と内管22とで構成されており、中空の柱状とされている。本実施の形態における蓄熱タンク8の貯留部は、その長さが吸気ダクト23と同等長さとされており、内燃機関本体1の表面から周囲の空間に放出された熱により吸気ダクト23が過度に加熱されることを確実に抑制できる。
In the
本実施の形態にかかる外管27を形成する樹脂の材料としては、例えばシリカ系超微細多孔質材料が使用される。シリカ系超微細多孔質材料は、超微粒子状シリカを主成分とし、これに微粉状の無機繊維質充填材と赤外線遮蔽材を配合し、加圧成型してなるものである。
For example, a silica-based ultrafine porous material is used as the resin material forming the
二重管構造の吸気ダクト23の形状は、例えば図2に示すように中空柱状である。二重管構造の外管27が、気密性、液密性を有し、且つ所定の断熱性を有する樹脂により形成されているのは前述した通りである。これにより蓄熱タンク8は、所定量の冷却水を外部から断熱した状態で貯留することが可能となる。そして冷却水経路6と蓄熱タンク8の流入口10、及び蓄熱タンク8の流出口11と冷却水経路7が各々接続され、冷却水経路6の途中に設置の電動ウォータポンプ9が作動されることにより蓄熱タンク8への冷却水の流入、及び蓄熱タンク8からの冷却水の流出が可能となっている。
The shape of the
蓄熱タンク8に設置された流入口10は、例えば図2に示したように蓄熱タンク8の周方向に向けて設けられている。周方向とは、蓄熱タンク8の軸線(A)及び流入口の設置箇所における法線(B)に対して、それぞれ角度α、βをもって取り付けられている。本実施の形態では、これらの角度α、βがいずれも直角とされている。流入口10を蓄熱タンク8の軸線(A)と平行に設けた場合、流入口10から蓄熱タンク8内に流入する冷却水の流れが、蓄熱タンク8の周方向成分を有さない。したがって、吸気ダクト23を挟んで流入口10の設置箇所と反対側に貯留されている冷却水に流れを与えることができない。また、流入口10を、その設置箇所における法線(B)と平行に設けた場合、流入口10から蓄熱タンク8内に流入する冷却水が、二重管構造の吸気ダクト23の内管22に衝突することにより、冷却水の流速が低下する。したがって、流入口10から流出口11へ向かう冷却水の流れが小さくなり、蓄熱タンク8内に貯留されている冷却水が澱んでしまう。本実施の形態では、流入口10を前述のように取り付けることにより、蓄熱タンク8に流入する冷却水がある流速と周方向の流れとを有するので、蓄熱タンク8内の冷却水全体に周方向の流れを付与することができる。即ち、蓄熱タンク8内に貯留されている高温の冷却水の澱みをなくすことができるので、蓄熱タンク8内に高温の冷却水(温水)が残存することを抑制でき、内燃機関の暖機運転時に高温の冷却水を内燃機関本体1に供給することができる。
The
次に、図3を参照して、本実施の形態にかかる内燃機関の蓄熱装置の概要を説明する。図3は、図1に示した内燃機関の蓄熱装置における冷却水の流通経路を模式的に示した図である。図3において、図1と同一の構成は同一の符号とし、その詳細な説明については省略する。 Next, an outline of the heat storage device for the internal combustion engine according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram schematically showing the flow path of the cooling water in the heat storage device of the internal combustion engine shown in FIG. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
尚、電動ウォータポンプ9は、車両に搭載されたモータ(図示せず)によって駆動される電動ポンプである。このモータは電子制御ユニット(ECU)21からの指令信号によって駆動制御される。また、冷却水経路6には、ラジエータ29を経由して冷却水を空冷するラジエータ側バイパス通路30が連通されている。このラジエータ側バイパス通路30には、車内暖房用のヒータコア31を冷却水が経由するヒータコア側バイパス通路32が連通されている。機械式ウォータポンプ33は、内燃機関の出力軸(図示せず)から伝達される駆動力を用い、内燃機関の運転中にラジエータ側バイパス通路30及びヒータコア側バイパス通路32よりシリンダブロック側冷却水通路5内に冷却水を引き込む。内燃機関の運転に伴い機械式ウォータポンプ33が作動すると、ラジエータ側バイパス通路30及びヒータコア側バイパス通路32内の冷却水に各々矢印方向に向かう流れが生じるよう促される。
The
さらに、ラジエータ側バイパス通路30に設けられたラジエータ29は、加熱された冷却水の熱を外部に放熱する。電動ファン29aは、電子制御ユニット(ECU)21の指令信号に基づいて駆動し、ラジエータ29による冷却水の放熱作用を高める。また、ラジエータ側バイパス通路30の通路途中であって、ラジエータ29の下流にはサーモバルブ34が設けられている。サーモバルブ34は温度の高さに感応して開閉する周知の制御弁であり、同サーモバルブ34近傍におけるラジエータ側バイパス通路30内の冷却水温度が所定温度(例えば80℃)を上回ると開弁して冷却水の流れを許容し、当該所定温度(例えば80℃)以下となると閉弁して冷却水の流れを規制する。
Furthermore, the
すなわち、内燃機関の運転時、冷却水の温度が80℃を上回るとサーモバルブ34が開弁し、ラジエータ側バイパス通路30の冷却水の流れが許容され、ラジエータ29の作用により冷却水の強制冷却が行われる。ここで、内燃機関にとって、冷却水の温度(冷却水通路4内の冷却水温とほぼ同等)が80℃を上回っている状態を温間状態といい、80℃以下にある状態を冷間状態ということにする。
That is, when the temperature of the cooling water exceeds 80 ° C. during operation of the internal combustion engine, the
ヒータコア側バイパス通路32に設けられた車内暖房用のヒータコア31は、内燃機関内で加熱された冷却水の熱を利用し、必要に応じて車室内(図示せず)の暖房を行う。電子制御ユニット(ECU)21の指令信号に基づいて駆動される電動ファン31aは、車内暖房用ヒータコア31を通過する冷却水の放熱を促すとともに、冷却水の放熱により発生した暖気を空気通路(図示せず)を介して車室内に送り込む。
The
冷却水経路6、及び冷却水経路7の経路途中に設けられた逆止弁28a、28bは、冷却水経路6から蓄熱タンク8を介して冷却水経路7に向かう冷却水の流れのみを許容し、逆流を阻止する。
The
尚、冷却水循環路12、シリンダブロック側冷却水通路5、ラジエータ側バイパス通路30、及びヒータコア側バイパス通路32から構成される冷却水の流通経路を、冷却系35と呼ぶことにする。
A cooling water circulation path constituted by the cooling
次に、図4から図6を参照して、本実施例の形態にかかる内燃機関の蓄熱装置が、電子制御ユニット(ECU)21の指令信号等を通じて実行する冷却水の挙動について、その概要を説明する。尚、図4から図6において、図1、図2、及び図3と同一の構成は同一の符号とし、その詳細な説明については省略する。また、この内燃機関の蓄熱装置における冷却水の挙動は、その実行タイミングや実行条件の相違から、「機関始動前(プレヒート)」、「機関始動後冷間時」、及び「機関始動後温間時」に大別される。 Next, referring to FIG. 4 to FIG. 6, an outline of the behavior of the cooling water executed by the heat storage device for the internal combustion engine according to the embodiment of the present invention through a command signal of the electronic control unit (ECU) 21 will be described. explain. 4 to 6, the same components as those in FIGS. 1, 2, and 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In addition, the behavior of the cooling water in the heat storage device of the internal combustion engine is different from the execution timing and execution conditions because of “pre-engine start (preheat)”, “cold after engine start”, and “warm after engine start”. It is roughly divided into “time”.
尚、図4、図5、図6は、図1に示した内燃機関の蓄熱装置の冷却系を循環する冷却水の流れが内燃機関の運転状態や温度状態に応じて変化する様を説明すべく同内燃機関の蓄熱装置を概略的に示す模式図である。尚、図4、図5、図6において、冷却水の流れが生じている通路は実線で示し、冷却水の流れがほとんど、或いは全く生じていない通路は一点鎖線で示す。 4, 5, and 6 explain how the flow of the cooling water circulating through the cooling system of the heat storage device of the internal combustion engine shown in FIG. 1 changes according to the operating state and temperature state of the internal combustion engine. FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing a heat storage device of the internal combustion engine. 4, 5, and 6, a passage in which the flow of cooling water is generated is indicated by a solid line, and a passage in which little or no flow of cooling water is generated is indicated by an alternate long and short dash line.
まず、図4は内燃機関が停止状態であり、電動ウォータポンプ9が作動状態にあるときの内燃機関の蓄熱装置を示す。電動ウォータポンプ9が作動すると、冷却水循環路12に沿って冷却水が流動する。このとき、内燃機関が停止状態にあることから同内燃機関のクランクシャフト(図示せず)によって駆動される機械式ウォータポンプ33は作動していない。図4に示す冷却系35の状態は内燃機関が機関始動を行う直前のものに相当し、「プレヒート制御」によって具現化されることとなる。
First, FIG. 4 shows a heat storage device for an internal combustion engine when the internal combustion engine is in a stopped state and the
次に、「プレヒート制御」の内容及び実行手順について、より詳細に説明する。尚、内燃機関は、前回の機関運転の終了(機関停止)直前、温間状態(冷却水温度が概ね80℃を上回っている状態である)にあり、蓄熱タンク8内に高温の冷却水が貯留されているものと想定する。
Next, the content and execution procedure of “preheat control” will be described in more detail. The internal combustion engine is in a warm state (cooling water temperature is generally higher than 80 ° C.) immediately before the end of the previous engine operation (engine stop), and high-temperature cooling water is contained in the
先ず、プレヒートを実行するための期間を内燃機関の始動前に確保するために、内燃機関の始動に先立って必然的に生じる事象、例えばドア開閉、着座、シートベルト装着、ドアロック開、ブレーキペダルの踏み込み、シフトチェンジ、イグニションON、等を電子制御ユニット(ECU)21により判断する。図4に示すようにドア開閉センサ36、着座センサ37、シートベルトセンサ38、ドアロックセンサ39、ブレーキセンサ40、シフトポジションセンサ41、イグニションスイッチ42が、電子制御ユニット(ECU)21に接続されている。この電子制御ユニット(ECU)21は、これらセンサ等の信号に基づいて内燃機関の始動前か否かを判断する。電子制御ユニット(ECU)21が、内燃機関の始動前であると判断すると、電動ウォータポンプ9を作動させ、蓄熱タンク8内の温水を冷却水経路7を経てシリンダヘッド側冷却水通路3に供給する。ここで、シリンダヘッド2の温度は、電動ウォータポンプ9の作動開始から5〜10秒程度で蓄熱タンク8内の高温の冷却水温度と同等の温度(60℃〜80℃)に達する。よって、電動ウォータポンプ9の作動開始後、例えば10秒程度が経過し、電動ウォータポンプ9が停止された後に内燃機関の機関始動が行われるのが好適である。この結果、シリンダヘッド2の温度が確実に蓄熱タンク8内の高温の冷却水温度と同等の温度(60℃〜80℃)に達した後、内燃機関の機関始動を行うことができる。
First, in order to ensure a period for performing preheating before starting the internal combustion engine, events that occur inevitably prior to the start of the internal combustion engine, such as door opening / closing, seating, seat belt mounting, door lock opening, brake pedal Are determined by the electronic control unit (ECU) 21. As shown in FIG. 4, a door opening /
図5及び図6は、何れも内燃機関が運転状態であるときの内燃機関の蓄熱装置を示す。ただし、図5は、冷却系35内においてサーモバルブ34近傍の冷却水温が80℃以下にある状態のものを示し、図6は、同じく冷却系35内においてサーモバルブ34近傍の冷却水温が80℃を上回っている状態のものを示す。
5 and 6 each show a heat storage device for an internal combustion engine when the internal combustion engine is in an operating state. However, FIG. 5 shows a state in which the cooling water temperature in the vicinity of the
図5、図6に示すように、内燃機関の機関運転に伴い、機械式ウォータポンプ33が作動状態であり、電動ウォータポンプ9が停止状態にあるときは、シリンダヘッド側冷却水通路3とシリンダブロック側冷却水通路5との連通部から冷却水経路6中のラジエータ側バイパス通路30の接続部43までの冷却水循環路12の一部である共通冷却水通路3cを除けば、冷却水循環路12に沿った冷却水の流れがほぼ停止されることとなる。
As shown in FIGS. 5 and 6, when the
図5に示すように、冷却系内におけるサーモバルブ34近傍の冷却水温が80℃以下であれば、同サーモバルブ34が閉弁し、ラジエータ29からサーモバルブ34へ向かう冷却水の流れが規制される。したがって、冷却水は機械式ウォータポンプ33の作用により、シリンダブロック側冷却水通路5、冷却水循環路12の一部である共通冷却水通路3c、及びヒータコア側バイパス通路内32を流動されることとなる。(図5)
As shown in FIG. 5, if the cooling water temperature in the vicinity of the
一方、冷却系35内におけるサーモバルブ34近傍の冷却水温が80℃を上回っている場合、サーモバルブ(制御弁)34が開弁し、ラジエータ29からサーモバルブ34へ向かう冷却水の流れが許容される。したがって、冷却水は機械式ウォータポンプ33の作用により、シリンダブロック側冷却水通路5、冷却水循環路12の一部である共通冷却水通路3c、ヒータコア側バイパス通路32、及びラジエータ側バイパス通路30内を流動されることとなる。(図6)
On the other hand, when the cooling water temperature in the vicinity of the
また、図5、図6において、「プレヒート制御」の実行後、機械式ウォータポンプ33の作動に伴い、冷却水循環路12以外の冷却水通路空間から、低温の冷却水がシリンダヘッド側冷却水通路3内に流れ込む。このためシリンダヘッド2の温度は一時的にわずかに降下する。しかし、内燃機関の機関運転に伴う内燃機関本体1自身の発熱作用によりシリンダヘッド2の温度が徐々に上昇し、外気温度等の環境条件にもよるが、内燃機関の機関始動から数秒程度が経過した後に、シリンダヘッド2の温度(冷却水温とほぼ同等)が80℃に達すると、当該温度近傍でサーモバルブ34が開弁と閉弁を繰り返すことにより、冷却水温(シリンダヘッド2の温度)はほぼ定温(80℃)に保持される。
5 and 6, after the “preheat control” is performed, the cooling water passage from the cooling water passage space other than the cooling
さらに、内燃機関の機関運転の終了(機関停止)に伴い、電子制御ユニット(ECU)21が、電動ウォータポンプ9を作動させ、蓄熱タンク8内に冷却水温がほぼ定温(80℃)に保持された冷却水(温水)を貯留する。つまり、高温の冷却水が保有する熱エネルギを蓄熱タンク8内に保存しておく。
Further, with the end of the engine operation of the internal combustion engine (engine stop), the electronic control unit (ECU) 21 operates the
尚、本実施の形態における内燃機関が、機関運転を行っている最中の冷却系35は、基本的には図5若しくは図6に示す状態を保持することとなる。
Note that the
本実施の形態においては、図1に示した蓄熱タンク8を採用したが、例えば、図7、図8、図9に示すような蓄熱タンク44、47、50を用いてもよい。図7、図8、図9において、図1と同一の構成は同一の符号とし、その詳細な説明については省略する。
In the present embodiment, the
図7に示した内燃機関の蓄熱装置は、吸気ダクト45の一部が二重管構造とされており、両端部が一重管構造とされている。蓄熱タンク44は、吸気ダクト45の二重管構造とされた部分の外管46と内管22との間に設けられている。したがって、蓄熱タンク44の搭載に必要となるスペースを小さくすることができるので、車両搭載に対する蓄熱タンク44の搭載性に関しても優位性を発揮できる。
In the heat storage device for an internal combustion engine shown in FIG. 7, a part of the
同様に、図8に示した蓄熱タンク47は、吸気ダクト48の外管27及び内管49が共に、気密性、液密性を有し、所定の断熱性を有する樹脂により形成されている。したがって、蓄熱タンク47内に貯留された高温の冷却水の熱が、内管49を通過する吸入空気に伝熱することを抑制できるので、吸気ダクト48内の吸入空気が過度に加熱されることを抑制することができる。よって内燃機関の燃焼室内における充填効率の低下を確実に抑制することができる。
Similarly, in the
同様に、図9は内燃機関の蓄熱装置のうち、吸気ダクト51と蓄熱タンク50のみを示す。図9に示す吸気ダクト51は、一重管構造とされており、蓄熱タンク50は、吸気ダクト51の内燃機関本体1側に一体に設けられている。さらに、蓄熱タンク50の外壁を形成する樹脂が中空柱状とされることにより、吸気ダクト51の外壁52を形成している。したがって、蓄熱タンク50の外側を形成する樹脂の断熱性により、吸気ダクト51内の吸入空気が過度に加熱されることを抑制することができる。尚、図9に示した蓄熱タンク50に設けられる流入口10、及び流出口11の設置については、特に条件を設定する必要はない。
Similarly, FIG. 9 shows only the
また、本実施の形態において、図2に示した二重管構造である吸気ダクト23の形状の変形例を図10、図11に示す。図10、図11において、図2と同一の構成は同一の符合とし、その詳細な説明については省略する。図10に示す吸気ダクト53は、四角柱状とされており、図11に示す吸気ダクト54は三角柱状とされている。このように種々の形状の吸気ダクト53、54を用いてもよいことは明らかである。
Moreover, in this Embodiment, the modification of the shape of the
尚、図2、図10、図11に示した二重管構造の吸気ダクト23、53、54を、三重管構造等の多重管構造としてもよいことは明らかである。
It is obvious that the double-
また、本実施の形態においては、図3に示した冷却水循環路12ではなく、例えば図12に示すような内燃機関の蓄熱装置を用いてもよい。この内燃機関の蓄熱装置では、その冷却系55の一部として、シリンダヘッド側冷却水通路3、ヒータコア側バイパス通路32、ヒータコア31、ヒータコア側バイパス通路32、機械式ウォータポンプ33、シリンダブロック側冷却水通路5、の順に冷却水を循環させる冷却水循環路56を備えている。冷却水循環路56に対して冷却水経路6、及び冷却水経路7を介して蓄熱タンク8を並列配置する。このような構成からなる内燃機関の蓄熱装置において、冷却水通路6の途中に設置された電動ウォータポンプ9の作動時は、冷却水が電動ウォータポンプ9により昇圧され、さらに電動ウォータポンプ9下流の冷却水通路6に送出されて蓄熱タンク8に至る。一方、内燃機関の機関運転時は、電動ウォータポンプ9が停止され、機械式ウォータポンプ33が作動する。
In the present embodiment, for example, a heat storage device for an internal combustion engine as shown in FIG. 12 may be used instead of the cooling
すなわち、プレヒート中には電動ウォータポンプ9が作動することにより、各部位で矢印X方向に冷却水が流れ、通常運転時には機械式ウォータポンプ33が冷却水を内燃機関本体1内に引き込むよう動作することにより各部位で矢印Y方向に冷却水が流れる。したがって、プレヒート中と通常の機関運転時とで、冷却系内の冷却水が逆方向に流れることとなる。
That is, during the preheating, the
また、シリンダヘッド側冷却水通路3からヒータコア側バイパス通路へ流動する冷却水の流量を調節する流量制御弁57を備えている。この流量制御弁57を全閉状態にして機械式ウォータポンプ33が駆動されると、冷却水が概ね内燃機関本体1内に閉じ込められた状態で循環することとなる(方向Z)。このような態様により、内燃機関の始動直後には冷却水の循環する領域を小さく抑えることができるので、内燃機関本体1内の冷却水温を急速に暖機させることもできる。また、上記した「プレヒート制御」を併用すれば、内燃機関の始動時前後に亘る暖機効率を一層高めることができるようになる。
Further, a flow
本実施例の形態にかかる内燃機関の蓄熱装置において、燃料噴射弁20により噴射供給される燃料は、吸気ポート18内で霧化し、二重管構造である吸気ダクト23の内管22を通過した吸入空気とともに混合気を形成しつつ燃焼室15内に取り込まれて燃焼に用いられるのは、図1において説明した通りである。噴射供給された燃料が吸気ポート18内で速やかに霧化されること、またはこの霧化された状態を好適に保持するという観点から、内燃機関本体1、特にシリンダヘッド2内に形成された吸気ポート18内壁の温度が所定温度(60℃、好ましくは80℃程度)を上回っていることが好ましい。これは、吸気ポート18内壁の温度が低くなると、燃料を効率良く霧化させることや、霧化された燃料が付着しやすくなりその霧化状態を保持することが難しくなるためである。こうのような燃料霧化の悪化は、燃焼効率や空燃比の最適化を困難にし、排気特性や燃費を低下させてしまう要因となる。
In the heat storage device for an internal combustion engine according to the embodiment, the fuel injected and supplied by the
したがって、内燃機関本体1を、例えばシリンダヘッド2の吸気ポート18周辺部位、シリンダヘッド2の排気ポート19の周辺部位、シリンダブロック4といった各部位ごとに冷却水を循環させることができるように構成しておく。そして、内燃機関の始動初期における排気特性や燃費の向上を図るために温度を上昇させる優先順位を設定しておき、優先順位の高い部位から順次温水供給を行うように制御してもよい。
Therefore, the internal combustion engine
具体的には、先ず吸気ポート18周辺部位に蓄熱タンク8内に貯留されていた温水全量の一部を供給し、その後所定期間を経て、排気ポート19周辺部位に蓄熱タンク8内に貯留された温水全量の他の一部を供給し、さらにその後所定期間を経て、シリンダブロック4に蓄熱タンク8内に貯留されていた温水の残りを供給するのが好ましい。また、吸気ポート18周辺部位への温水供給→吸気ポート18周辺と排気ポート19周辺とを含めた部位への温水供給→内燃機関全体への温水供給といったように、温水を供給する範囲を、優先順位の高い局所的な範囲から優先順位の低い部位も含めた広い範囲へと順次拡大させるように、冷却系35の構造や、プレヒートの実施にかかる制御ロジックを構築してもよい。
Specifically, first, a part of the total amount of hot water stored in the
また、本実施の形態においては、内燃機関と一体に構成された冷却系35と電子制御ユニット(ECU)21とにより、本実施の形態における蓄熱装置が構成されることとなっている。これに対し、熱媒体として冷却水でなくオイル等の熱媒体を介して蓄熱してもよい。
In the present embodiment, the
また、こうした内燃機関は、さらに他の駆動手段(例えば電動式モータ)を付設し、当該内燃機関と他の駆動手段(原動機)との協働により駆動力を発生するいわゆるハイブリットエンジンであってもよい。この場合、例えば蓄熱タンク8からの熱供給(プレヒート)が完了するまで他の駆動手段のみによる駆動動作を行うといった制御を行ってもよい。
Further, such an internal combustion engine may be a so-called hybrid engine that is further provided with other driving means (for example, an electric motor) and generates a driving force in cooperation with the internal combustion engine and the other driving means (prime motor). Good. In this case, for example, control may be performed such that the driving operation is performed only by other driving means until the heat supply (preheating) from the
また、本実施の形態にかかる「プレヒート制御」に代わり、内燃機関の機関始動と同時に、概ね80℃以上の温度状態で蓄熱タンク8に貯留されている冷却水(温水)をシリンダヘッド側冷却水通路3に供給してもよい。この場合、内燃機関の機関始動から10秒程度が経過した状態において、シリンダヘッド2の温度(冷却水温とほぼ同等)が80℃に達し、その後冷却水温(シリンダヘッド2の温度)がほぼ定温(80℃)に保持されるようになる。したがって、内燃機関の機関始動に伴い、内燃機関本体1自身の発熱作用のみでシリンダヘッド2の温度が徐々に上昇する場合よりも、早期に内燃機関本体1を暖機させることができるので、燃費性能や排気エミッションの向上を図ることができる。
Further, instead of the “preheat control” according to the present embodiment, the cooling water (hot water) stored in the
また、本実施の形態にかかる蓄熱タンク8において、例えば図13に示すように吸気ダクト23の内管22の外周面上に、螺旋状の整流板58を設置してもよい。この場合、蓄熱タンク8の周方向に向けて取付けられた流入口10から流入した蓄熱タンク8内の冷却水の流れが、蓄熱タンク8の軸線方向に対して周方向成分が一層増大された流れとなる。したがって、流入口10から蓄熱タンク8に流入する冷却水により、蓄熱タンク8内に貯留されていた高温の冷却水が順に流出口11に向かって押し出され、流入口10から蓄熱タンク8に流入する低温の冷却水が蓄熱タンク8内に残存している高温の冷却水(温水)よりも先に流出口11付近に到達し、内燃機関の暖機運転時に低温の冷却水が内燃機関本体1に供給されることをより一層抑制することができる。さらに、流入口10より流入する低温の冷却水と蓄熱タンク8内に貯留されていた高温の冷却水(温水)との混合による温水の温度低下も抑制することができる。
Further, in the
1 内燃機関本体
2 シリンダヘッド
3 シリンダヘッド側冷却水通路
3a 吸気ポート側冷却水通路
3b 排気ポート側冷却水通路
3c 共通冷却水通路
4 シリンダブロック
5 シリンダブロック側冷却水通路
6 冷却水経路
7 冷却水経路
8 蓄熱タンク
9 電動ウォータポンプ
10 流入口
11 流出口
12 冷却水循環路
13 シリンダ
14 ピストン
15 燃焼室
16 吸気バルブ
17 排気バルブ
18 吸気ポート
19 排気ポート
20 燃料噴射弁
21 電子制御ユニット(ECU)
22 内管
23 吸気ダクト
24 エアクリーナ
25 イグナイタ
26 点火プラグ
27 外管
28a 逆止弁
28b 逆止弁
29 ラジエータ
29a 電動ファン
30 ラジエータ側バイパス通路
31 ヒータコア
31a 電動ファン
32 ヒータコア側バイパス通路
33 機械式ウォータポンプ
34 サーモバルブ
35 冷却系
36 ドア開閉センサ
37 着座センサ
38 シートベルトセンサ
39 ドアロックセンサ
40 ブレーキセンサ
41 シフトポジションセンサ
42 イグニションスイッチ
43 接続部
44 蓄熱タンク
45 吸気ダクト
46 外管
47 蓄熱タンク
48 吸気ダクト
49 内管
50 蓄熱タンク
51 吸気ダクト
52 外壁
53 吸気ダクト
54 吸気ダクト
55 冷却系
56 冷却水循環路
57 流量制御弁
58 整流板
1 Internal
22
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003317038A JP2005083270A (en) | 2003-09-09 | 2003-09-09 | Heat accumulator of internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003317038A JP2005083270A (en) | 2003-09-09 | 2003-09-09 | Heat accumulator of internal combustion engine |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2005083270A true JP2005083270A (en) | 2005-03-31 |
Family
ID=34416752
Family Applications (1)
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JP2003317038A Pending JP2005083270A (en) | 2003-09-09 | 2003-09-09 | Heat accumulator of internal combustion engine |
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Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005083270A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7654239B2 (en) * | 2001-12-20 | 2010-02-02 | American Diesel & Gas, Inc. | Fuel saving combustion engine insulation method and system |
JP2020029832A (en) * | 2018-08-24 | 2020-02-27 | 株式会社豊田自動織機 | Suction/exhaust structure of internal combustion engine |
-
2003
- 2003-09-09 JP JP2003317038A patent/JP2005083270A/en active Pending
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