JP2007113414A - 潜熱蓄熱装置及びエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダブロックへの潜熱蓄熱材の設置が容易であり、潜熱蓄熱材を確実に発核させてエンジンの早期暖機を達成することができる潜熱蓄熱装置を提供することを課題とする。
【解決手段】潜熱蓄熱装置（１）は、内部に潜熱蓄熱材（４）を封入した潜熱蓄熱材容器（３）、アクチュエータ（５）、潜熱蓄熱材容器（３）に設置された発核トリガー（６）、位置決めステー（７、８、９、１０）を備えている。発核トリガー（６）は潜熱蓄熱材容器（３）が位置決めステー（７、８、９、１０）により定められた位置に設置される。これにより、シリンダブロック（２）に固定されたアクチュエータ（５）との正確な位置関係が再現され、発核トリガー（６）はアクチュエータ（５）により確実に作動し、潜熱蓄熱材（４）を確実に発核させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンを効果的に暖機することができる潜熱蓄熱装置に関する。

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（蓄熱材）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材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。

特開平１１−１８２３９３号公報

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、冷間始動直後に直接シリンダ周辺を局部的に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、潜熱蓄熱材は過冷却状態で液体であり、このような潜熱蓄熱材を内燃機関の内部、より具体的には、シリンダブロックに収容する場合、潜熱蓄熱材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材を収容しているので蓄熱材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材を収容することは、製造上困難であると考えられる。

そこで、本発明は、シリンダブロックへの潜熱蓄熱材の設置が容易であり、潜熱蓄熱材を確実に発核させてエンジンの早期暖機を達成することができる潜熱蓄熱装置を提供することを課題とする。

かかる課題を解決するための、本発明の潜熱蓄熱装置は、シリンダブロックに形成されたウォータジャケット内に収容され、内部に潜熱蓄熱材を封入した潜熱蓄熱材容器と、当該潜熱蓄熱材容器の外部に配置されるアクチュエータと、当該潜熱蓄熱材容器に設置され、前記アクチュエータにより押圧されることによって前記潜熱蓄熱材を発核させる発核トリガーと、前記潜熱蓄熱材容器の前記ウォータジャケットに対する位置決めを行う位置決めステーと、を備えていることを特徴とする（請求項１）。本発明の潜熱蓄熱装置は潜熱蓄熱材を収容した潜熱蓄熱材容器を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形態をとる。このような形態とすれば潜熱蓄熱材は潜熱蓄熱材容器に収容後、ウォータジャケットに装着することになるので、特許文献１記載の内燃機関の急速暖機装置と比較しても潜熱蓄熱材のシリンダブロックへの装着が容易である。また、本発明の潜熱蓄熱装置は潜熱蓄熱材容器内の潜熱蓄熱材を発核させるための発核トリガーを備える。この発核トリガーは潜熱蓄熱材容器に取り付けられることになり、この発核トリガーを押圧し、作動させるためのアクチュエータが必要となる。このアクチュエータが確実に発核トリガーを押圧するためには、アクチュエータと発核トリガーとの位置関係（相対位置）が重要となる。このアクチュエータと発核トリガーとの正確な位置関係を得るためには、アクチュエータも潜熱蓄熱材容器に取り付け、その後、アクチュエータと一体となった潜熱蓄熱材容器をウォータジャケットに収容することが考えられる。しかし、シリンダブロックへの組み付け性を考慮すると、アクチュエータと潜熱蓄熱材容器を一体としてウォータジャケットに収容することは困難である。そのため、アクチュエータは、潜熱蓄熱材容器とは別にシリンダブロックに装着する等、潜熱蓄熱材容器の外部に配置される。このように潜熱熱蓄熱材容器の外部に配置されるアクチュエータと発核トリガーとの予め定まった正確な位置関係を再現するためには、ウォータジャケット内での潜熱蓄熱材容器の位置を正確に定める必要がある。そこで、本発明では潜熱蓄熱材容器が、ウォータジャケットに対する位置決めステーを備えた構成としている。なお、発核トリガーは潜熱蓄熱材容器に固定されており、両者の位置関係は原則として不変であることが前提となる。

本発明における位置決めステーにはエンジンの上下方向、左右方向、前後方向のいずれの方向を決めるものも含まれる。ここで、上下方向、すなわち、シリンダのストローク方向の位置を決める位置決めステーは、前記潜熱蓄熱材容器の上方に伸びる棒状部材又は板状部材とした構成とすることができる（請求項２）。潜熱蓄熱材容器は、シリンダヘッドで燃焼が起こり、シリンダブロックの上側が高温となることを考慮した配置がされる。すなわち、潜熱蓄熱材容器は、シリンダボアを囲うように形成されたウォータジャケットの下側に配置し、ウォータジャケットの上側はできるだけ空間を確保してこの空間にエンジン冷却水を流通させる構成とすることが望ましい。このように配置される潜熱蓄熱材容器の上方に伸びる棒状部材又は板状部材を位置決めステーとすれば、これらの棒状部材、板状部材の上端がガスケット等に当接して潜熱蓄熱材容器の上下方向の位置が定められる。

以上のような位置決めステーは、前記潜熱蓄熱材容器の材料よりも熱伝導率の低い材料で形成することが望ましい。（請求項３）。潜熱蓄熱材容器は内部の潜熱蓄熱材の発する熱をできるだけ効率よくシリンダボアに伝達すべく熱伝導率の高い材料で形成されることが望ましい。一方、位置決めステーは潜熱蓄熱材の熱を奪わないようにできるだけ熱伝導率の低い材料で形成されることが望ましい。例えば、潜熱蓄熱材容器をＳＵＳ材で構成し、位置決めステーを銅材で構成するようにすることができる。また、潜熱蓄熱材容器の材料、位置決めステーの材料は、それぞれの剛性や組み付け性を考慮した選定をする。例えば、潜熱蓄熱材容器は、内部の発核トリガーへアクチュエータの押圧力を伝えることができるものでなければならず、一方、位置決めステーは、多少の外力が加わっても撓むことがなく、潜熱蓄熱材容器の位置を保持できることが理想である。

また、前記位置決めステーは、弾性部材を備えた構成とすることもできる（請求項４）。潜熱蓄熱材容器を収容するウォータジャケットは製造上の都合により、内周面の仕上げが均一でないことがある。そこで、位置決めステーの一部分又は全体を弾性部材、例えばゴム材や樹脂材で形成するようにすればその弾性により位置決めステーをウォータジャケットの内周や、上部に位置するガスケット等に密着させて、潜熱蓄熱材容器の位置を定めることができる。

以上のような潜熱蓄熱装置を構成する前記潜熱蓄熱材容器と前記位置決めステーとは一体としておくことができる（請求項５）。潜熱蓄熱材容器を成形するときに、例えば、潜熱蓄熱材容器のある側壁を形成する部材に、成形後に位置決めステーとなる部分を一体として材料取りしておき、この部材へ他の側壁を形成する部材を溶接や溶着により接合するようにすれば、後に別途位置決めステーを取り付けなくてもよい。このように潜熱蓄熱材容器と位置決めステーを一体としておけば、ウォータジャケット内への潜熱蓄熱材容器の装着が容易になる等、製造、組み付け等における利点を見込むことができる。

このような潜熱蓄熱装置では、前記位置決めステーをエンジン冷却水の整流部材とすることができる（請求項６）。本発明における位置決めステーは、エンジン冷却水が流通するウォータジャケット内に位置することとなるため、この位置決めステーを、エンジン冷却水を遮断したり整流したりする整流部材として機能させようとする趣旨である。このような位置決めステーの配置や形状は、エンジン冷却水の所望の流れを形成することができるように種々変更することができる。

なお、以上説明したような潜熱蓄熱装置を種々のエンジンに組み込めば本発明のエンジンとすることができる（請求項７）。

本発明によれば、ウォータジャケット内に配置される潜熱蓄熱材容器に前記ウォータジャケットに対する位置決めステーを備えた構成としたので、潜熱蓄熱材容器に設置された発核トリガーと潜熱蓄熱材容器の外部に配置されるアクチュエータとの予め定まった位置関係を再現することができ、アクチュエータによって正確に発核トリガーを押圧して潜熱蓄熱材を確実に発核させることができる。これにより、エンジンの早期暖機を図ることができる。

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。

図１は、本発明の本発明の潜熱蓄熱装置１を装着したシリンダブロック２を図２におけるＡ−Ａ線で断面とした図である。図２は、潜熱蓄熱装置１を装着したシリンダブロック２の平面図である。潜熱蓄熱装置１は、内部に潜熱蓄熱材４を封入した潜熱蓄熱材容器３、アクチュエータ５、潜熱蓄熱材容器３に設置された発核トリガー６、位置決めステー７、８、９、１０を備えている。

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、図示しないＥＣＵの指令に基づいて押圧ピン５ａが迫り出し、潜熱蓄熱材容器３の壁を押しつつ発核トリガー６を押圧して潜熱蓄熱材４を発核させる。図３は、潜熱蓄熱材容器３をシリンダブロック２に装着した際にシリンダブロック２の外側に位置する側から見た斜視図であるが、シリンダボア２ａを囲うような半割り形状となっている。このような形状の潜熱蓄熱材容器３は、図２に示すようにシリンダボア２ａを両側から挟み込むような形でシリンダブロック２に形成されたウォータジャケット２ｂ内に収容される。潜熱蓄熱材容器３の材質は金属であるが、その強度はアクチュエータ５の押圧ピン５ａの押圧力を発核トリガー６へ伝えることができる程度のものが選定されている。潜熱蓄熱材容器３内に封入される潜熱蓄熱材４は、従来周知のどのような潜熱蓄熱材を用いてもよいが、本実施例では、酢酸ナトリウム・３水和物を採用している

位置決めステー７は、図１や図４に示したように潜熱蓄熱材容器３の上方に伸びる棒状部材である。この位置決めステー７は、潜熱蓄熱材容器３がウォータジャケット２ｂ内に収容された状態でその上端がシリンダブロック２の上面に装着されるガスケット１１に当接する。潜熱蓄熱材容器３は、下部にもウォータジャケット２ｂの底部に当接する位置決めステー９を備えており、これらの位置決めステー７、位置決めステー９とにより、潜熱蓄熱材容器３の上下方向の位置が定められる。この定められた位置は、アクチュエータ５の押圧ピン５ａと発核トリガー６との高さが一致するように規定されている。

位置決めステー８及び１０は潜熱蓄熱材容器３の側面に設けられており、この位置決めステー８及び１０はそれぞれウォータジャケット２ｂの内壁面に当接して潜熱蓄熱材容器３の横方向の位置を定める。なお、これらの位置決めステー８及び１０がウォータジャケット２ｂの内壁面に当接していることにより、潜熱蓄熱材容器３の周囲にもエンジン冷却水１２が流通できるようになっている。このようにエンジン冷却水を潜熱蓄熱材容器３の周囲に流通させることにより、暖機完了後の潜熱蓄熱材４は再び過冷却状態に戻り易くなっている。すなわち、温まったエンジン冷却水から熱が与えられることにより潜熱蓄熱材４は再び過冷却状態に戻り、次回の発核に備えることができる。

以上のように構成される潜熱蓄熱装置１は、エンジン始動の際に図示しないＥＣＵからの指令に従ってアクチュエータ５を作動させ、押圧ピン５ａによって発核トリガー６を押圧して潜熱蓄熱材４を発核させ、発熱させる。これによりエンジンの早期暖機を図ることができる。このとき、シリンダブロック２に装着したアクチュエータ５と潜熱蓄熱材容器３に設置された発核トリガー６とは、押圧ピン５ａが発核トリガー６を確実に押圧できる位置関係になっているので確実に発核トリガー６を作動させて潜熱蓄熱材４を発核させることができる。

なお、位置決めステー８、９、１０を弾性材料で成形したり、弾性部材を装着したりすれば、潜熱蓄熱材容器３のウォータジャケット２ｂへの収容が容易となる。

次に、本発明の実施例２について図５を参照しつつ説明する。図５は、潜熱蓄熱材容器２０をシリンダブロック２に装着した際にシリンダブロック２の内側に位置する側から見た斜視図である。この潜熱蓄熱材容器２０が実施例１の潜熱蓄熱材容器３と異なる点は、実施例１の潜熱蓄熱材容器３に装着されている棒状部材である位置決めステー７に代えて板状部材である位置決めステー２１を備えている点である。このような位置決めステー２１としても、実施例１の場合と同様に潜熱蓄熱材容器２０の上下方向の位置決めを行うことができ、発核トリガー６を確実に作動させることができる。

このような位置決めステー２１は、潜熱蓄熱材容器２０のシリンダブロック２の外側に位置する側壁と一体となっている。すなわち、製造工程において、位置決めステーとなる部分を延長した部材を材料取りし、この部材にシリンダブロック２の内側に位置する側壁を形成することとなる部材を溶接して接合し、潜熱蓄熱材容器２０を形成している。このような潜熱蓄熱材容器２０は後に位置決めステー２１を設ける必要がなく、製造工程を簡略化することができる。

なお、他の構成要素については実施例１の場合と同様であるため、同一の構成要素については図面中同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

次に、本発明の実施例３について図６を参照しつつ説明する。実施例３は位置決めステー３０を冷却水の整流部材として機能させるものである。図６に示すシリンダブロック２は、ウォ−タポンプ３１により下方からウォータジャケット２ｂ内にエンジン冷却水が供給される。このようにウォータジャケット２ｂ内に供給されたエンジン冷却水は矢示３２、３３、３４のようにウォータジャケット２ｂ内を循環し、シリンダブロック２の上方に位置する開口３５を通じて矢示３６で示すように上方へ流出する。このようなエンジン冷却水の流れに対し、位置決めステー３０は開口３５の近傍に設置されている。このように設置された位置決めステー３０によりエンジン冷却水はスムーズに開口３５から上方へ流出することができ、ウォータジャケット２ｂ内のエンジン冷却水の流通を改善することができ、エンジンの冷却効果を向上させることができる。

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。

実施例１の潜熱蓄熱装置を装着したシリンダブロックを図２に示したＡ−Ａ線で断面とした説明図である。 同じく潜熱蓄熱装置を装着したシリンダブロックの平面図である。 実施例１の潜熱蓄熱材容器を、シリンダブロックに装着した際にシリンダブロックの外側に位置する側から見た斜視図である。 潜熱蓄熱材容器の構成を示す断面図である。 実施例２の潜熱蓄熱材容器を、シリンダブロックに装着した際にシリンダブロックの内側に位置する側から見た斜視図である。 実施例３の潜熱蓄熱装置を装着したシリンダブロックの平面図である。

符号の説明

１ 潜熱蓄熱装置
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、２０ 潜熱蓄熱材容器
４ 潜熱蓄熱材
５ アクチュエータ
６ 発核トリガー
７、８、９、１０、２１、３０ 位置決めステー
１１ ガスケット

Claims (7)

1. シリンダブロックに形成されたウォータジャケット内に収容され、内部に潜熱蓄熱材を封入した潜熱蓄熱材容器と、
   当該潜熱蓄熱材容器の外部に配置されるアクチュエータと、
   当該潜熱蓄熱材容器に設置され、前記アクチュエータにより押圧されることによって前記潜熱蓄熱材を発核させる発核トリガーと、
   前記潜熱蓄熱材容器の前記ウォータジャケットに対する位置決めを行う位置決めステーと、
   を備えていることを特徴とする潜熱蓄熱装置。
2. 請求項１記載の潜熱蓄熱装置において、
   前記位置決めステーは、前記潜熱蓄熱材容器の上方に伸びる棒状部材又は板状部材であることを特徴とした潜熱蓄熱装置。
3. 請求項１又は２記載の潜熱蓄熱装置において、
   前記位置決めステーは、前記潜熱蓄熱材容器の材料よりも熱伝導率の低い材料で形成したことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項記載の潜熱蓄熱装置において、
   前記位置決めステーは、弾性部材を備えたことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項記載の潜熱蓄熱装置において、
   前記潜熱蓄熱材容器と前記位置決めステーとを一体としたことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項記載の潜熱蓄熱装置において、
   前記位置決めステーをエンジン冷却水の整流部材とすることを特徴とした潜熱蓄熱装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項記載の潜熱蓄熱装置を搭載したことを特徴とするエンジン。

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