JP2008255945A - エンジンの暖機装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、暖機性を改善したエンジンの暖機装置を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明のエンジン（３０）の暖機装置（１）は、熱媒体（１２）を液体状態で保持するウィック部（６ｂ）を有した第一蒸発部（６）と、第一蒸発部（６）で気化された熱媒体（１２）を凝縮させる凝縮部（５）と、第一蒸発部（６）を加熱して熱媒体（１２）を気化させる潜熱蓄熱部（７）とを備えたループ型ヒートパイプ（１１）を組み込んだことにより、暖機時に、潜熱蓄熱部（７）に蓄えた熱を効率的に輸送し、エンジンの暖機性を向上する。さらに、エンジン（３０）の暖機装置（１）は、暖機後に、熱媒体（１２）を液体状態で保持するウィック部（２１ｂ）を有した第二蒸発部（２１）でエンジン（３０）の廃熱によって気化した熱媒体（１２）を潜熱蓄熱部（７）に輸送して蓄熱させ、次回の暖機時に熱源として利用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体又は気体の熱媒体が循環するループ型のヒートパイプを備えたエンジンの暖機装置に関するものである。

従来、エンジンの暖機促進を目的とした種々の装置が提案されている。このようなエンジンには、エンジンの内部に潜熱型の蓄熱材を収容したものがあり、このようなエンジンが、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１のエンジンは、シリンダブロックやシリンダヘッドの周囲などの暖機を要する箇所に蓄熱材を収容した構成をしている。この蓄熱材は、エンジンが昇温している間に潜熱を蓄え、エンジン停止後に過冷却状態となる。このようなエンジンは、エンジンの再始動の際に、過冷却状態の蓄熱材に電気的な衝撃を加えることで、蓄熱材の過冷却状態を破り、蓄熱材が固相へと相変化する際に放出する熱をシリンダブロック及びシリンダヘッドへ伝達して暖機している。

エンジンの暖機促進を目的とした他のエンジンには、ヒートパイプを用いて熱源から暖機を目的とする部位へ熱の輸送を行い、暖機をするものがある。このようなエンジンは例えば特許文献２に開示されている。

特許文献２に開示されているエンジンは、エンジンの排気管に装着されて排気熱により熱媒体を気化させる蒸発器と、エンジンの冷却用冷媒の循環経路内に設けられ、気化状態にある熱媒体を凝縮させるとともに、その際発生する熱により冷却用冷媒を加熱する凝縮器とこれら蒸発器と凝縮器とを接続し、熱媒体が流通するように構成したヒートパイプを備えている。このエンジンの暖機過程で、蒸発器で排気ガスの排気熱によって加熱され気化した熱媒体は、ヒートパイプを通じて凝縮器へ流入する。凝縮器へ流入した熱媒体は、凝縮器が接触する冷却用冷媒と熱交換をして冷却用冷媒を加熱する。この際、熱媒体は凝縮する。凝縮した熱媒体は、ヒートパイプの内周面に備えられた多孔構造のウィックを通じて蒸発器へ戻り、再び蒸発器で気化して熱を輸送する構成となっている。

特開平１１−１８２３９３号公報 特公平６−２９５５１号公報

ところで、特許文献１のエンジンのように、シリンダブロックやシリンダヘッドのような暖機を要する箇所に蓄熱材を収容する構成では、充填できる蓄熱材の量、位置が限られるため、エンジンの暖機に必要な熱量が得られないことが考えられる。

また、特許文献２のエンジンでは、蒸発器で排気熱により加熱され蒸発した熱媒体がパイプを通じて凝縮器へ流入するとともに、凝縮器で凝縮した熱媒体がパイプ内のウィックを通じて蒸発器へ流入する。すなわち、蒸気となって熱の輸送をする熱媒体と、熱の輸送を終え、冷却されて凝縮した熱媒体とが、一本のパイプ内を行き来する構成となっている。しかしながら、このパイプ内部を流れる蒸発した熱媒体と、ウィック内を通じる凝縮した熱媒体との熱交換を抑制する断熱手段は備えられていない。このため、蒸発した熱媒体と凝縮した熱媒体とはパイプ内で熱交換する。これにより、蒸発器において得られた熱が凝縮器において効率よく回収されないことが考えられる。また、蒸発器は、排気管が暖まった後でなければ熱を得られないため、暖機開始に時間を必要としている。さらに、このようなエンジンは、エンジンの冷却用冷媒を加熱し、この加熱された冷却用冷媒がエンジンを暖機する。このため、冷却用冷媒の全量を加熱するので、エンジンの暖機に時間を要し、暖機効果が低いことが考えられる。

そこで、本発明は、暖機性を改善したエンジンの暖機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本発明のエンジンの暖機装置は、熱媒体を液体状態で保持するウィックの外側表面から熱媒体を気化する第一蒸発部と、前記気化された熱媒体を凝縮させる凝縮部と、前記気化された熱媒体を流通させる蒸気通路と、前記凝縮された熱媒体を流通させる液体通路と、前記第一蒸発部の周囲に配置され、蓄熱材の潜熱により前記第一蒸発部を加熱して熱媒体の気化を促進させる潜熱蓄熱部とを有するループ型ヒートパイプを備えたことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることにより、暖機時に、熱媒体は第一蒸発部で潜熱蓄熱部から得た熱を凝縮部へ輸送することができる。このように熱媒体が得た熱は、昇温対象となる部位に接触するように配置された凝縮部で該部に伝達されるので、潜熱蓄熱部は昇温対象となる部位の周囲に設置する必要がない。このため、蓄熱材の量を増量することができ、蓄熱量を増加させることができる。また、第一蒸発部で蒸発した熱媒体と凝縮部で凝縮した熱媒体とは異なる通路を通るため、第一蒸発部で熱媒体が蒸発することによって得られた熱が効率よく凝縮部へ運ばれ、該部の暖機を促進することができる。なお、このような昇温対象となる部位は、例えば、シリンダボア壁等の早期暖機完了が望まれる部位を適宜含んでいる。また、蓄熱材は、従来周知の蓄熱材、例えば、酢酸ナトリウム３水和物等を採用することができる

このようなエンジンの暖機装置は、ループ型ヒートパイプ内に封入された熱媒体が第一蒸発部において熱を得て蒸発する。この蒸発した熱媒体が蒸気通路を通じて凝縮部へ流入し、凝縮部において、凝縮部が接触する部位と熱交換をして凝縮する。この凝縮した熱媒体は、液体通路を通じて第一蒸発部に戻り、再び第一蒸発部で蒸発してループ型ヒートパイプ内を循環する。このように、本発明のエンジンの暖機装置は封入された熱媒体の循環によって熱の輸送を行い、エンジンの暖機を実現している。ところが、このような熱媒体の循環による熱の輸送は、第一蒸発部で蒸発した熱媒体が再び第一蒸発部に戻る前に、第一蒸発部において液体状態の熱媒体が枯渇してしまうと熱の輸送が停止してしまうため、液体状態の熱媒体が第一蒸発部に残存していることが必要である。このため、このようなエンジンの暖機装置は、前記ループ型ヒートパイプへ封入する液体状態の前記熱媒体の体積が、前記第一蒸発部を除く前記ループ型ヒートパイプの容積よりも大きく設定されている（請求項２）。また、このようなエンジンの暖機装置では、作動時に常に第一蒸発部に液体状態の熱媒体が残存するように前記ループ型ヒートパイプに熱媒体を封入する構成とすることができる（請求項３）。

このようなエンジンの暖機装置は、エンジンの暖機時に潜熱蓄熱部の蓄熱材を発核させる。すなわち、蓄熱材に何らかの刺激を与え、固相への相変化を開始させる。こうして、蓄熱材は過冷却状態から固相に相変化し、その際、発生する潜熱により熱媒体を暖め、気化を促進させる。一方、固相となった潜熱蓄熱部は暖機完了後に、エンジンの廃熱で高温となった熱媒体から暖められて液相へ相変化して蓄熱する。このような暖機完了後のエンジンの廃熱の回収と廃熱蓄熱部への蓄熱とを効率的に行うため、本発明のエンジンの暖機装置において、前記ループ型ヒートパイプは、熱媒体を液体状態で保持するウィックの外側表面から熱媒体を気化する第二蒸発部を備え、エンジンの廃熱により前記第二蒸発部を加熱して熱媒体の気化を促進させる構成とすることができる（請求項４）。さらに、このようなエンジンの暖機装置において、前記第一蒸発部で気化した熱媒体が前記凝縮部を加熱する状態と、前記第二蒸発部で気化した熱媒体が前記潜熱蓄熱部を加熱する状態と、が示現するように構成することができる（請求項５）。このような構成とすることにより、熱媒体は暖機時に、第一蒸発部で潜熱蓄熱部を熱源として得た熱を凝縮部へ輸送することができる。一方、暖機後に、第二蒸発部でエンジンの廃熱から得た熱を潜熱蓄熱部へ輸送することができる。このように、暖機時に熱源であった潜熱蓄熱部は、暖機後に熱を受け取る対象となり、暖機時に熱を受け取り暖機の対象であったエンジンは、暖機後に熱源となる。こうして暖機後に潜熱蓄熱部に蓄えた熱は、次回の始動時に第一蒸発部を加熱して熱媒体の気化を促進し、エンジンの暖機に利用することができる。

このようなエンジンの暖機装置では、蒸発部で蒸発した熱媒体が再び蒸発部に戻る前に、蒸発部において液体状態の熱媒体が枯渇してしまうと熱の輸送が停止してしまうため、液体状態の熱媒体が蒸発部に残存していることが必要である。このため、前記第一蒸発部で気化した熱媒体が前記凝縮部を加熱する状態と、前記第二蒸発部で気化した熱媒体が前記潜熱蓄熱部を加熱する状態と、が示現するエンジンの暖機装置は、前記ループ型ヒートパイプへ封入する液体状態の熱媒体の体積が、前記第一蒸発部を除く前記ループ型ヒートパイプの容積よりも大きいとともに、前記第二蒸発部を除く前記ループ型ヒートパイプの容積よりも大きく設定されている（請求項６）。また、このようなエンジンの暖機装置は、前記第一蒸発部で気化した熱媒体が前記凝縮部を加熱する作動状態では、常に前記第一蒸発部に液体状態の熱媒体が残存し、前記第二蒸発部で気化した熱媒体が潜熱蓄熱部を加熱する作動状態では、常に前記第二蒸発部に液体状態の熱媒体が残存している構成とすることができる（請求項７）。

このようなエンジンの暖機装置の凝縮部は、熱交換により接触した部位を暖機するので、エンジン内の暖機を必要とする箇所に配置する。本発明のエンジンの暖機装置は、前記凝縮部をシリンダブロックに配置した構成とすることができる（請求項８）。また、このようなエンジンの暖機装置は、前記凝縮部をシリンダヘッドに配置した構成とすることができる（請求項９）。また、このようなエンジンの暖機装置は、前記凝縮部をシリンダボア壁に接触させて配置する構成とすることもでき（請求項１０）、前記凝縮部をウォータジャケットのシリンダボア側内壁に沿わせて配置した構成とすることもできる（請求項１１）。

また、本発明のエンジンの暖機装置は、前記蒸気通路及び液体通路の外周を断熱素材で被覆した構成とすることができる（請求項１２）。このような構成とすることにより、蒸気通路及び液体通路を流通する熱媒体の熱の損失を抑制することができる。

このようなエンジンの暖機装置は、エンジンの暖機中にウォータジャケット内の冷却水の循環を停止する冷却水循環停止手段を備えた構成とすることができる（請求項１３）。このような構成とすることにより、冷却水の循環を抑制し、熱媒体によって回収された熱の冷却水による持ち去りを抑え、さらなる暖機の促進を図ることができる。

また、このようなエンジンの暖機装置は、前記ループ型ヒートパイプの管内に配置された温度検知手段と、エンジンの作動から所定時間経過した後、前記温度検知手段によって管内の温度上昇が検知されない場合に異常を通知する異常通知手段と、を備えた構成とすることができる（請求項１４）。このような構成とすることにより、エンジンの作動開始から所定時間が経過しているにもかかわらず、管内の温度が所定温度まで上昇していない場合には、装置になんらかの異常が発生していると判断し、その異常をユーザに通知することができる。

本発明のエンジンの暖機装置は、熱媒体を液体状態で保持するウィックを有した第一蒸発部と、第一蒸発部で気化された熱媒体を凝縮させる凝縮部と、第一蒸発部を加熱して熱媒体を気化させる潜熱蓄熱部とを備えたループ型ヒートパイプを組み込んだことにより、前回の運転時に潜熱蓄熱部に蓄えた熱を効率的に輸送し、エンジンの暖機性を向上することができる。

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。

本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施例のエンジン３０の暖機装置１の概略構成を示した説明図であって、エンジン３０の暖機時の熱媒体１２の状態を示している。本発明のエンジン３０は、シリンダブロック２、シリンダヘッド３を備えており、シリンダブロック２にはシリンダ２０が配置されている。このシリンダ２０の周囲にはウォータジャケット４が形成されている。また、暖機装置１は、第一蒸発部６、潜熱蓄熱部７、第二蒸発部２１、凝縮部５、第一通路９、第二通路１０から構成されるループ型ヒートパイプ１１を備えている。

第一蒸発部６は、シリンダブロック２の外部に備えられている。第一蒸発部６は、気室６ａ、ウィック部６ｂ、液室６ｃとから構成され、ウィック部６ｂは、気室６ａと液室６ｃとの境界となるように配置されて、気室６ａと液室６ｃとを分離している。すなわち、ウィック部６ｂの外側に気室６ａ、ウィック部６ｂの内側に液室６ｃが配置されている。このウィック部６ｂは多孔構造体からなり、毛細管現象により内部に液体を保持することができる。この第一蒸発部６は、暖機時に、作動流体として封入される熱媒体１２を液体状態で保持するウィック部６ｂの外側表面から熱媒体１２を気化させる構成となっている。また、気室６ａには第一通路９の一端が接続し、液室６ｃには第二通路１０の一端が接続している。

潜熱蓄熱部７は、第一蒸発部６の周囲に配置され、第一蒸発部６の液室６ｃが潜熱蓄熱部７の壁面に接触するように配置されている。この潜熱蓄熱部７内には、蓄熱材２３として酢酸ナトリウム三水和物が封入されており、この酢酸ナトリウム三水和物は、潜熱蓄熱部７に設置された発核装置８によって発核させられる。この発核装置８は、アクチュエータ（図示しない）によって作動し、蓄熱材２３に対して出没する針体（図示しない）を備えた構成をしている。この潜熱蓄熱部７は、発核装置８によって発核されて液相から固相へと相変化する蓄熱材２３が放出する熱により加熱されるとともに、第一蒸発部６を加熱して、熱媒体１２の気化を促進させる。さらに、潜熱蓄熱部７の内部には、フィン２２が備えられており、このフィン２２は潜熱蓄熱部７内を通る第一通路９に接触するように取り付けられている。このフィン２２は、暖機後にエンジン３０の廃熱によって高温となった熱媒体１２から蓄熱材２３へ熱の伝達をする放熱板である。

第二蒸発部２１は、シリンダブロック２内部に形成されている。第二蒸発部２１は、第一蒸発部６と同様の構成をしており、気室２１ａ、ウィック部２１ｂ、液室２１ｃから構成されている。この第二蒸発部は、液室２１ｃがシリンダブロック２の内壁面に接触するように配置されている。さらに、第一蒸発部６の気室６ａに一端を接続する第一通路９の他端は、液室２１ｃに接続している。第二蒸発部２１のウィック部６ｂは、気室６ａと液室６ｃとの境界となるように配置され、気室６ａと液室６ｃとを分離している。すなわち、ウィック部２１ｂは、ウィック部２１ｂの外側に気室２１ａ、ウィック部２１ｂの内側に液室２１ｃが配置されている。このウィック部２１ｂは多孔構造体からなり、毛細管現象により内部に液体を保持することができる。この第二蒸発部２１は、暖機後に、作動流体として封入される熱媒体１２を液体状態で保持するウィック部２１ｂの外側表面から熱媒体１２を気化させる構成となっている。

凝縮部５は、暖機時に、第一蒸発部６で気化された熱媒体１２を凝縮させる部位である。凝縮部５は、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３の内部に形成されている。また、凝縮部５は、第二蒸発部２１の気室２１ａと連通するように、ウォータジャケット４の外側に形成されている。凝縮部５では、熱媒体１２とシリンダブロック２及びシリンダヘッド３との間で熱交換が行われる。また、凝縮部５は、第二通路１０と接続されている。

ループ型ヒートパイプ１１の内部には、熱媒体１２が、気化しやすいように減圧されて封入されている。熱媒体１２は、第一蒸発部６から第一通路９、第二蒸発部２１、凝縮部５、第二通路１０の順に流通し、再び第一蒸発部６へ戻り循環するように構成されている。このループ型ヒートパイプ１１へ封入される液体状態の熱媒体１２の体積は、第一蒸発部６を除くループ型ヒートパイプ１１の容積よりも大きいとともに、第二蒸発部２１を除くループ型ヒートパイプ１１の容積よりも大きく設定されている。また、この第一通路９及び第二通路１０の外周面は断熱素材に被覆されて外部との熱交換を抑え、通路内を流通する熱媒体の熱の損失を抑制している。

液体通路１０には、温度センサ１３が配置されている。この温度センサ１３はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１４と電気的に接続されている。また、ＥＣＵ１４は、暖機装置１の異常を表示する故障表示部１５、発核装置８と電気的に接続されている。この温度センサ１３は、本発明の温度検知手段に相当し、ＥＣＵ１４と故障表示部１５は、本発明の異常通知手段に相当する。

また、ウォータジャケット４には、冷却水の循環する冷却水経路１６が流入側端部１６ａと流出側端部１６ｂとで接続されている。冷却水経路１６には、流入側端部１６ａの近い側から上流へ向かって、ポンプ１９、開閉弁１８、ラジエータ１７が順に配置されている。ラジエータ１７内の冷却水はポンプ１９の駆動によって圧送され、流入側端部１６ａからウォータジャケット４内に流入する。ウォータジャケット４内の冷却水は、流出側端部１６ｂから冷却水経路１６に流出して、ラジエータ１７に戻る構成となっている。開閉弁１８は、ＥＣＵ１４によって開閉を制御され、開閉弁１８が閉弁状態になると、冷却水経路１６の冷却水の循環を停止する。ＥＣＵ１４と開閉弁１８は、本発明の冷却水循環停止手段に相当する。

次に、ループ型ヒートパイプ１１内の熱媒体１２の作動について説明する。ループ型ヒートパイプ内を通じる熱媒体１２の作動は、エンジン３０の暖機時と暖機後とで変化する。すなわち、第一蒸発部６で気化した熱媒体１２が凝縮部５を加熱する状態と、第二蒸発部２１で気化した熱媒体１２が潜熱蓄熱部７を加熱する状態とが示現する。まず、エンジン３０の暖機時におけるループ型ヒートパイプ１１内の熱媒体１２の作動について説明する。エンジン３０の暖機時では、第一蒸発部６で気化した熱媒体１２が凝縮部５を加熱する。また、このとき、第一通路９は本発明の蒸気通路に相当し、第二通路１０は本発明の液体通路に相当する。

暖機時におけるエンジン３０の暖機装置１の状態は図１に示す通りである。エンジン３０の始動以前では、蓄熱材２３は前回の運転時にエンジン３０の廃熱を回収した後に冷却され、過冷却状態となって潜熱を蓄えている。エンジン３０が始動すると、ＥＣＵ１４は発核装置８のアクチュエータを作動させ、蓄熱材２３に対して針体を出没させる。これにより、蓄熱材２３は刺激を受けて液相状態から固相状態への相変化を開始する。このように蓄熱材２３が液相状態から固相状態へ相変化する際に、潜熱が放出されて潜熱蓄熱部７が加熱される。このように潜熱蓄熱部７が加熱されるとともに、潜熱蓄熱部７の内部に配置されている第一蒸発部６が加熱される。第一蒸発部６が加熱されると、ウィック部６ｂに保持されている液状の熱媒体１２が熱を得て、ウィック部６ｂの外側表面からの気化が促進され、気化した熱媒体１２が気室６ａを充満する。気室６ａ内は、ウィック部６ｂの熱媒体１２の気化により圧力が上昇するので、圧力の低い第一通路９へ気化した熱媒体１２が流れ始める。放出された蓄熱材２３の潜熱を得て、ウィック部６ｂから次々と熱媒体１２が気化するので、第一通路９への流れが継続する。また、蓄熱材２３の熱が、潜熱蓄熱部７のフィン２２を通して、気化した熱媒体１２に与えられて、熱媒体１２は高温となる。

第一通路９へ流入した熱媒体１２は、第一蒸発部６側から流れ込む熱媒体１２に押し出されて、第二蒸発部２１に流入する。第二蒸発部２１内へ流入した熱媒体１２は、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３と熱交換をして凝縮するとともに、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３を暖機する。暖機が進行していくと、第二蒸発部２１内は気化した熱媒体１２で満たされるようになり、凝縮部５にも気化した熱媒体１２が流入する。凝縮部５内へ流入した熱媒体１２は、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３と熱交換をして凝縮するとともに、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３を暖機する。暖機時の第二蒸発部２１は、凝縮部５の一部として、熱媒体１２とシリンダブロック２及びシリンダヘッド３の熱交換に寄与している。このように潜熱蓄熱部７から熱を得た熱媒体１２は、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３へ熱を輸送し、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３を暖機する。

凝縮部５内で凝縮した熱媒体１２は、第二通路１０を通じて、第一蒸発部６の液室６ｃへ流入する。液室６ｃ内の熱媒体１２は、毛細管現象によりウィック６ｂへ吸い込まれ、再び、潜熱蓄熱部７から熱を得て、凝縮部５へ熱の輸送を行う。

このように熱を輸送し暖機に寄与する熱媒体１２は、液体状態に換算した場合、第二蒸発部２１と凝縮部５と第一通路９と第二通路１０の合計容積よりも多く封入されている。このように、第一蒸発部６で気化した熱媒体１２が凝縮部５を加熱する作動状態において、ループ型ヒートパイプ１１を循環する熱媒体１２は、常に第一蒸発部６に液体状態の熱媒体１２が残存するように構成されているので、ウィック部６ｂから気化した熱媒体１２が、液室６ｃに戻ってくる間に、液室６ｃ内に液体状態の熱媒体１２が枯渇することはない。すなわち、第一蒸発部６は、常にウィック部６ｂから熱媒体１２が気化することができる状態に維持されている。

また、ＥＣＵ１４は、暖機時に、開閉弁１８を閉弁し、冷却水経路１６の循環を停止する。これにより、冷却水全量を温めることがなくなるため、暖機が促進される。

さらに、暖機装置１は、エンジン３０の始動から所定時間、例えば５分経過した後、液体通路１０内に所定の温度上昇がみられない場合に暖機装置１で異常が発生していると捉える。ＥＣＵ１４は、エンジン３０の始動から５分経過した後、温度センサ１３が計測する液体通路１０の温度情報に所定の温度上昇が検知されない場合に暖機装置１内に異常が発生していると判断し、故障表示部１５に異常を知られる表示をさせ、異常をユーザに通知する。

以上のように、暖機時には、潜熱蓄熱部７から得られた熱をシリンダブロック２及びシリンダヘッド３に備わる凝縮部５に輸送し、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３の暖機が行われる。

次に、エンジン３０の暖機後におけるループ型ヒートパイプ１１内の熱媒体１２の作動について説明する。エンジン３０の暖機後では、第二蒸発部２１で気化した熱媒体１２が潜熱蓄熱部７を加熱する。

図２は、暖機後におけるエンジン３０の暖機装置１の状態を示した説明図である。暖機時に液相状態から固相状態への相変化をして、潜熱を放出しつくした蓄熱材２３は、固相状態となっている。エンジン３０の暖機後では、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３が潜熱蓄熱部７よりも高温となっている。このため、暖機時とは反対に、エンジン３０の廃熱から潜熱蓄熱部７を暖機する。すなわち、暖機時に熱源であった潜熱蓄熱部７は、暖機後に熱媒体１２から熱を受け取る対象となる。また、第二蒸発部２１及び凝縮部５は熱媒体１２へ熱を付与する部位となる。さらに、第一通路９は本発明の液体通路に相当し、第二通路１０は本発明の蒸気通路に相当する。

エンジン３０の燃焼によって生じる廃熱は、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３を通じて、第二蒸発部２１を加熱する。第二蒸発部２１が加熱されると、ウィック部２１ｂに保持されている液状の熱媒体１２が熱を得て、ウィック部２１ｂの外側表面からの気化が促進され、気化した熱媒体が気室２１ａを充満する。気室２１ａ内に気化した熱媒体１２は、凝縮部５へ流入し、凝縮部５でさらにエンジン３０の廃熱を与えられ、高温になる。エンジン３０の廃熱を得てウィック部２１ｂから次々と熱媒体１２が気化するので、気化して高温となった熱媒体１２は第二通路１０へ流入して、流れが継続する。

第二通路１０へ流入した熱媒体１２は、凝縮部５側から流れ込む熱媒体１２に押し出されて、第一蒸発部６に流入する。第一蒸発部６内へ流入した熱媒体１２は、液室６ｃ、ウィック６ｂ、気室６ａを通じて、第一通路９に流入する。第一通路９に流入した熱媒体１２は、第一通路９に接触するように取り付けられているフィン２２を通じて潜熱蓄熱部７と熱交換を行う。このとき、熱媒体１２は、潜熱蓄熱部７と熱交換をして凝縮する。このように、凝縮した熱媒体１２は、第一通路９を通じて、第二蒸発部２１の液室２１ｃへ流入する。液室２１ｃ内の熱媒体１２は、毛細管現象によりウィック２１ｂへ吸い込まれ、再び、エンジン３０から熱を得て、潜熱蓄熱部７へ熱の輸送を行う。

熱媒体１２が潜熱蓄熱部７と熱交換をするとき、凝縮するとともに、潜熱蓄熱部７へ熱を付与する。このように、熱を付与された潜熱蓄熱部７では、固相状態となっていた蓄熱材２３に熱が付与されて、液相状態へ相変化する。こうして、蓄熱材２３が液相状態となった後、エンジン３０が停止して低温になると、蓄熱材２３は過冷却状態となって潜熱を蓄える。このように潜熱として蓄えられた熱量が次回の暖機時に熱媒体１２の暖機に利用される。

このように熱を輸送し暖機に寄与する熱媒体１２は、液体状態に換算した場合、第一蒸発部６と凝縮部５と第一通路９と第二通路１０の合計容積よりも多く封入されている。このように、第二蒸発部２１で気化した熱媒体１２が潜熱蓄熱部７を加熱する作動状態において、ループ型ヒートパイプ１１を循環する熱媒体１２は、常に第二蒸発部２１に液体状態の熱媒体１２が残存するように構成されているので、ウィック部２１ｂから気化した熱媒体１２が、液室２１ｃに戻ってくる間に、液室２１ｃ内に液体状態の熱媒体１２が枯渇することはない。すなわち、第二蒸発部２１は、常にウィック部２１ｂから熱媒体１２が気化することができる状態に維持されている。

本実施例のエンジン３０の暖機装置１では、暖機時に第一蒸発部６で、潜熱蓄熱部７内の蓄熱材２３の相変化に起因した放熱によって気化した熱媒体１２が、第一通路９を通じて凝縮部５へ流入し、シリンダブロック２と熱交換をしてシリンダブロック２を暖機する。この際、熱媒体１２は凝縮し、この凝縮した熱媒体１２は、第一通路９とは異なる第二通路１０を通じて、第一蒸発部６へ戻り、再び潜熱蓄熱部７から熱を得て熱の輸送に寄与する。このように構成したことにより、気化した熱媒体１２と凝縮した熱媒体１２とが、蒸発部６とシリンダブロック２とを往来する間で熱交換することがなく、蓄熱材２３に蓄熱されていた熱量を効率よく回収することができる。さらに、暖機後に第二蒸発部２１で、エンジン３０の廃熱を回収した熱媒体１２が、第二通路１０を通じて潜熱蓄熱部７を暖機し、潜熱蓄熱部７内の蓄熱材２３に熱を付与する。こうして付与された熱は、エンジン３０の停止後に過冷却状態となる蓄熱材２３の潜熱として蓄熱され、次回の暖機に利用される。このように、エンジン３０の暖機装置１は、エンジン３０の廃熱をシリンダブロック２の外部に備えた潜熱蓄熱部７に蓄えて、始動時の暖機促進に効率よく利用し、暖機性を向上している。

次に、本発明の実施例２について図３を参照して説明する。図３は、本実施例のエンジン４０の暖機装置４１の概略構成を示した説明図である。暖機装置４１は、実施例１の暖機装置１とほぼ同様の構成をしている。しかしながら、暖機装置１では、ウォータジャケット４の外側に凝縮部５が形成されているのに対して、暖機装置４１では、凝縮部４５がウォータジャケット４４のシリンダボア４６側内壁に沿わせて形成されている点で、実施例１の暖機装置１と実施例２の暖機装置４１とは相違している。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と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。

このように構成することにより、エンジン４０の暖機時に、第一蒸発部６の潜熱蓄熱部７内の蓄熱材２３から熱を得て気化した熱媒体１２は、凝縮部４５でシリンダボア壁４６と熱交換をして、シリンダボア壁４６を暖機する。これにより、シリンダボア壁４６は早期に暖機されるので、フリクションを低減することができる。また、このような凝縮部４５は、シリンダ２０の間を通すように構成することもできる。

次に、本発明の実施例３について図４を参照して説明する。図４は、本実施例のエンジン５０の暖機装置５１の概略構成を示した説明図である。暖機装置５１は、実施例１の暖機装置１とほぼ同様の構成をしている。しかしながら、暖機装置５１が、暖機装置１でシリンダブロック２に配置した第二蒸発部２１を備えていない点で、実施例１の暖機装置１と実施例２の暖機装置５１とは相違している。なお、その他の構成は実施例１と同一であるため、実施例１と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。

本実施例の暖機装置５１では、暖機時に潜熱蓄熱部７から熱を得て気化した熱媒体１２が凝縮部５へ熱を輸送し、シリンダブロック２を暖機する。この際、凝縮した熱媒体１２は、第一通路９とは異なる第二通路１０を通じて、第一蒸発部６へ戻り、再び循環して熱を輸送する。暖機後では、熱媒体１２は凝縮部５においてエンジン５０の廃熱を回収して気化し、第二通路１０を通じて潜熱蓄熱部７を暖機し、潜熱蓄熱部７内の蓄熱材２３に熱を付与する。これによって、蓄熱材２３は潜熱を蓄えることができ、蓄えられた潜熱は次回の暖機に利用される。

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、さら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。

本発明の暖機装置の凝縮部はエンジン内部の暖機を必要とする箇所に接触して配置される。例えば、クランクシャフトなどの摺動部は温度が上昇すると、潤滑油の粘性が下がり、フリクションが低減され燃費が向上する。このような暖機をすべき摺動部に凝縮部を接触して配置することができる。さらに、本発明のエンジンの暖機装置は、蒸気通路を分岐し、凝縮部を複数設けることもできる。このように複数設けられる凝縮部で凝縮した熱媒体は液体通路で合流して、蒸発部へ流入する。

また、本発明の冷却水循環停止手段は、開閉弁とポンプに代えて、ＥＣＵが駆動と停止を制御する電動ウォータポンプとしてもよい。

実施例１のエンジンの暖機装置の概略構成を示した説明図であって、エンジンの暖機時の熱媒体の状態を示した説明図である。 実施例１のエンジンの暖機装置の概略構成を示した説明図であって、エンジンの暖機後の熱媒体の状態を示した説明図である。 実施例２のエンジンの暖機装置の概略構成を示した説明図である。 実施例３のエンジンの暖機装置の概略構成を示した説明図である。

符号の説明

１、４１、５１ 暖機装置
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４、４４ ウォータジャケット
５、４５ 凝縮部
６ 蒸発部
６ａ 気室
６ｂ ウィック部
６ｃ 液室
７ 排気管
８ 熱回収部
９ 気体通路
１０ 液体通路
１１ ループ型ヒートパイプ
１２ 熱媒体
１３ 温度センサ
１４ ＥＣＵ
１５ 故障表示部
１６ 冷却水経路
１７ ラジエータ
１８ 開閉弁
１９ ポンプ
２０ シリンダ
２１ 第二蒸発部
２１ａ 気室
２１ｂ ウィック部
２１ｃ 液室
２２ フィン
２３ 蓄熱材
３０、４０、５０ エンジン

Claims (14)

1. 熱媒体を液体状態で保持するウィックの外側表面から熱媒体を気化する第一蒸発部と、
   前記気化された熱媒体を凝縮させる凝縮部と、
   前記気化された熱媒体を流通させる蒸気通路と、
   前記凝縮された熱媒体を流通させる液体通路と、
   前記第一蒸発部の周囲に配置され、蓄熱材の潜熱により前記第一蒸発部を加熱して熱媒体の気化を促進させる潜熱蓄熱部と、
   を有するループ型ヒートパイプを備えたことを特徴とするエンジンの暖機装置。
2. 請求項１記載のエンジンの暖機装置において、
   前記ループ型ヒートパイプへ封入する液体状態の前記熱媒体の体積が、前記第一蒸発部を除く前記ループ型ヒートパイプの容積よりも大きいことを特徴とするエンジンの暖機装置。
3. 請求項１記載のエンジンの暖機装置において、
   作動時に常に前記第一蒸発部に液体状態の熱媒体が残存するように前記ループ型ヒートパイプに熱媒体を封入することを特徴とするエンジンの暖機装置。
4. 請求項１記載のエンジンの暖機装置において、
   前記ループ型ヒートパイプは、熱媒体を液体状態で保持するウィックの外側表面から熱媒体を気化する第二蒸発部を備え、
   エンジンの廃熱により前記第二蒸発部を加熱して熱媒体の気化を促進させることを特徴とするエンジンの暖機装置。
5. 請求項１記載のエンジンの暖機装置において、
   前記ループ型ヒートパイプは、熱媒体を液体状態で保持するウィックの外側表面から熱媒体を気化する第二蒸発部を備え、
   エンジンの廃熱により前記第二蒸発部を加熱して熱媒体の気化を促進させ、
   前記第一蒸発部で気化した熱媒体が前記凝縮部を加熱する状態と、前記第二蒸発部で気化した熱媒体が前記潜熱蓄熱部を加熱する状態と、が示現することを特徴とするエンジンの暖機装置。
6. 請求項１記載のエンジンの暖機装置において、
   前記ループ型ヒートパイプは、熱媒体を液体状態で保持するウィックの外側表面から熱媒体を気化する第二蒸発部を備え、
   エンジンの廃熱により前記第二蒸発部を加熱して熱媒体の気化を促進させ、
   前記第一蒸発部で気化した熱媒体が前記凝縮部を加熱する状態と、前記第二蒸発部で気化した熱媒体が前記潜熱蓄熱部を加熱する状態と、が示現し、
   前記ループ型ヒートパイプへ封入する液体状態の熱媒体の体積が、前記第一蒸発部を除く前記ループ型ヒートパイプの容積よりも大きいとともに、前記第二蒸発部を除く前記ループ型ヒートパイプの容積よりも大きいことを特徴とするエンジンの暖機装置。
7. 請求項１記載のエンジンの暖機装置において、
   前記ループ型ヒートパイプは、熱媒体を液体状態で保持するウィックの外側表面から熱媒体を気化する第二蒸発部を備え、
   エンジンの廃熱により前記第二蒸発部を加熱して熱媒体の気化を促進させ、
   前記第一蒸発部で気化した熱媒体が前記凝縮部を加熱する状態と、前記第二蒸発部で気化した熱媒体が前記潜熱蓄熱部を加熱する状態と、が示現し、
   前記第一蒸発部で気化した熱媒体が前記凝縮部を加熱する作動状態では、常に前記第一蒸発部に液体状態の熱媒体が残存し、
   前記第二蒸発部で気化した熱媒体が潜熱蓄熱部を加熱する作動状態では、常に前記第二蒸発部に液体状態の熱媒体が残存していることを特徴とするエンジンの暖機装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項記載のエンジンの暖機装置において、
   前記凝縮部をシリンダブロックに配置したことを特徴とするエンジンの暖機装置。
9. 請求項１乃至７のいずれか一項記載のエンジンの暖機装置において、
   前記凝縮部をシリンダヘッドに配置したことを特徴とするエンジンの暖機装置。
10. 請求項１乃至７のいずれか一項記載のエンジンの暖機装置において、
    前記凝縮部をシリンダボア壁に接触させて配置したことを特徴とするエンジンの暖機装置。
11. 請求項１乃至７のいずれか一項記載のエンジンの暖機装置において、
    前記凝縮部をウォータジャケットのシリンダボア側内壁に沿わせて配置したことを特徴とするエンジンの暖機装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項記載のエンジンの暖機装置において、
    前記蒸気通路及び液体通路の外周を断熱素材で被覆したことを特徴とするエンジンの暖機装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項記載のエンジンの暖機装置において、
    エンジンの暖機中にウォータジャケット内の冷却水の循環を停止する冷却水循環停止手段を備えたことを特徴とするエンジンの暖機装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項記載のエンジンの暖機装置において、
    前記ループ型ヒートパイプの管内に配置された温度検知手段と、
    エンジンの作動から所定時間経過した後、前記温度検知手段によって管内の温度上昇が検知されない場合に異常を通知する異常通知手段と、
    を備えたことを特徴とするエンジンの暖機装置。

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