JP2010156313A - 発核装置及び発核システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン停止中において、潜熱蓄熱材を発核させて蓄熱された潜熱をエンジンに放熱できる発核装置及び発核システムを提供する。
【解決手段】
本発明に係る発核装置は、潜熱の放熱を伴って相転移する潜熱蓄熱材を封入した、エンジンに搭載される容器と、容器に封入された潜熱蓄熱材を相転移させるために、過冷却の状態にある潜熱蓄熱材の発核を、外圧を受けて誘起する発核トリガーと、エンジンが停止している間に受けるブレーキ液圧によって発核トリガーを押圧する押圧部材とを備えることを特徴としている。これによれば、ブレーキ液圧を受けて押圧部材が発核トリガーを押圧するため、エンジン停止中においても、潜熱を蓄熱した潜熱蓄熱材を発核させてエンジンに放熱できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、潜熱蓄熱材を発核させる発核装置及び発核システムに関する。

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、熱を蓄積する蓄熱材の潜熱を利用して、エンジンを短時間で暖機できる蓄熱装置が知られるに至った（例えば、特許文献１）。この蓄熱装置は、アクチュエータにより押圧されて、容器内に封入された蓄熱材を発核させる発核トリガーを備える。またこの蓄熱装置は、発核に伴って蓄熱材が放出する潜熱をエンジンに伝達可能な位置に搭載されている。

特開２００７−２８５５８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の蓄熱装置においては、温度により抵抗が変化するソレノイドを用いてアクチュエータを発核トリガーに押圧するため、作動温度によっては、蓄熱材を発核させる程度に発核トリガーを押圧できない場合があった。また、エンジンの油圧を用いてアクチュエータを押圧する構成では、油圧がエンジンの稼動状況によって変化するため、安定かつ十分にアクチュエータを押圧できない場合があった。また、エンジン始動前においては油圧が発生しないため、油圧を用いた上記の構成では、蓄熱材を発核させることができなかった。更に、エンジン始動後においては、常に発生する油圧を受けてアクチュエータが発核トリガーを押圧し続けるため、発核トリガーの寿命を短くてしまっていた。

本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、エンジン停止中において、潜熱蓄熱材を発核させて蓄熱された潜熱をエンジンに放熱できる発核装置及び発核システムを提供することにある。

本発明に係る発核装置は、潜熱の放熱を伴って相転移する潜熱蓄熱材を封入した、エンジンに搭載される容器と、容器に封入された潜熱蓄熱材を相転移させるために、過冷却の状態にある潜熱蓄熱材の発核を、外圧を受けて誘起する発核トリガーと、エンジンが停止している間に受けるブレーキ液圧によって発核トリガーを押圧する押圧部材とを備えることを特徴としている。
この構成によれば、ブレーキ液圧を受けて押圧部材が発核トリガーを押圧するため、エンジン停止中においても、潜熱を蓄熱した潜熱蓄熱材を発核させてエンジンに放熱できる。

本発明に係る発核システムは、潜熱の放熱を伴って相転移する潜熱蓄熱材を封入した、エンジンに搭載される容器と、容器に封入された潜熱蓄熱材を相転移させるために、過冷却の状態にある潜熱蓄熱材の発核を、外圧を受けて誘起する発核トリガーと、ブレーキ液圧を受けて発核トリガーを押圧する押圧部材とを有する蓄熱装置と、エンジンが停止している場合に、蓄熱装置が有する押圧部材が液圧を受けられるようブレーキ液圧の伝達経路を制御する液圧制御装置とを備えることを特徴としている。
この構成によれば、液圧制御装置が制御するブレーキ液圧をエンジン停止中に押圧部材が受けるため、エンジン停止中においても、潜熱を蓄熱した潜熱蓄熱材を発核させてエンジンに放熱できる。

上記構成において、液圧制御装置は、エンジンが稼動している場合に、蓄熱装置が有する押圧部材が液圧を受けられないよう伝達経路を制御する構成を採用できる。
この構成によれば、液圧制御装置が制御するブレーキ液圧をエンジン稼動中に押圧部材が受けないため、押圧部材の押圧による発核トリガーの破損を防止できる。

本明細書開示の発核装置及び発核システムによれば、ブレーキ液圧を受けて押圧部材が発核トリガーを押圧するため、エンジン停止中においても、潜熱を蓄熱した潜熱蓄熱材を発核させてエンジンに放熱できる。

本発明の発核装置を備える発核システムの一実施形態を示す構成図である。 液圧制御装置の一構成例を表す側断面図である。 液圧制御装置の他構成例を表す側断面図である。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の発核装置を備える発核システム１の一実施形態を示す構成図である。
図１に示す発核システム１は、発核装置１０、エンジン２０、判定装置３０、及び油圧システム４０を含んでいる。発核システム１は、車両に搭載される。本実施例において、車両は、例えば、乗用車、バス、及びトラック等のどのようなものでもよい。

発核装置１０は、潜熱蓄熱材１１ａ及び発核トリガー１１ｂを封入した容器１１及び押圧部材１２を含む。容器１１は、後述するように、封入した潜熱蓄熱材１１ａが放出する潜熱をエンジン２０に伝達できる位置に搭載される。具体例として、容器１１は、エンジン２０のシリンダブロックに形成したウォータージャケット内に搭載される構成を採用できる。またこれに限定される訳ではなく、オイルパンに流下するオイルが通過する位置に配置する構成を採用できる。エンジン２０を循環する冷却水又はエンジンオイルの温度を短時間で上昇させて、エンジン２０の暖機を短時間で進行させるためである。

潜熱蓄熱材１１ａは、本実施例では、酢酸ナトリウム・３水和物で構成される。しかし、これに限定される訳ではなく、その他、従来周知の材料を用いることができる。潜熱蓄熱材１１ａは、過冷却の状態にある場合に、例えば、振動又は攪拌等の刺激が加わると発核する。発核した潜熱蓄熱材１１ａは、潜熱を放熱しながら液相から固相へ相転移する。逆に、潜熱蓄熱材１１ａは、熱を吸収すると固相から液相へ相転移する。

発核トリガー１１ｂは、本実施例では、皿バネで構成される。しかし、これに限定される訳ではなく、発核トリガー１１ｂは、板バネ又はコイルスプリング等の弾性金属片で構成される実施例を採用できるだけでなく、その他、従来周知の部材を用いることができる。発核トリガー１１ｂは、容器１１に封入された潜熱蓄熱材１１ａを相転移させるために、過冷却の状態にある潜熱蓄熱材１１ａの発核を、外圧を受けて誘発する。具体的には、発核トリガー１１ｂは、押圧部材１２による押圧を受けて、例えば、振動又は攪拌等の刺激を周囲の潜熱蓄熱材１１ａに与える。

押圧部材１２は、本実施例では、アクチュエータで構成される。押圧部材１２は、エンジン２０が停止している間に受けるブレーキ液圧によって発核トリガー１１ｂを押圧する。具体的には、押圧部材１２は、油圧システム４０の作動油であるブレーキ液（以下、ブレーキフルードともいう）で満たされた管に挿通している。このため、押圧部材１２は、ブレーキ液圧を受けて発核トリガー１１ｂ側に位置を変位する。また、押圧部材１２は、容器１１に形成された孔に挿通されている。このため、押圧部材１２は、所定の量を超えて発核トリガー１１ｂ側に変位することで、容器１１の内部に設置された発核トリガー１１ｂを押圧する。

この構成によれば、ブレーキ液圧を受けて押圧部材１２が発核トリガー１１ｂを押圧するため、エンジン停止中においても、潜熱を蓄熱した潜熱蓄熱材１１ａを発核させてエンジン２０に放熱できる。特に、エンジン始動時には、ブレーキペダルを車両の運転者が踏み込むことが多いため、エンジン始動時に潜熱蓄熱材１１ａを発核させてエンジン２０を短時間で暖機することができる。
またこの構成によれば、ブレーキ操作がない間は、押圧部材１２が発核トリガー１１ｂを押圧しないため、発核トリガー１１ｂの損傷を防止できるだけでなく、発核トリガー１１ｂの寿命を延ばすことができる。

またこの構成によれば、例えば、ソレノイドコイルを用いて押圧部材１２を変位させる場合と比べて、電力を消費せず、燃費を向上させることができる。
更にこの構成によれば、例えば、エンジンの油圧を用いて押圧部材１２を変位させる場合と比べて、安定した圧力で押圧部材１２を発核トリガー１１ｂに押し付けることができる。

エンジン２０は、発核装置１０の放出する熱を用いて暖機を進行させる。また、エンジン２０は、回転数を検出する不図示の検出装置を有する。エンジン２０の有する検出装置は、本実施例では、回転数センサを含む。検出装置は、エンジン２０の回転数を表すＮＥ信号（Number of Engine speed）を出力する。

判定装置３０は、本実施例では、ＥＣＵ（Electronic Control Unit ）で構成される。判定装置３０は、ソフトウェア処理を実行することで、エンジン２０が稼動しているか否かを判定する。具体的には、判定装置３０は、エンジン２０が有する検出装置からＮＥ信号を取得すると共に、取得したＮＥ信号が表す回転数に基づいてエンジン２０が稼動しているか否かを判断する。より具体的には、判定装置３０は、ＮＥ信号が表す回転数が値「0」の場合にエンジン２０が停止していると判定し、そうでない場合にエンジン２０が稼動していると判定する。しかし、これに限定される訳ではなく、判定装置３０は、回転数が所定の閾値を下回る場合にエンジン２０が停止していると判定する構成を採用できる。判定装置３０は、エンジン２０が稼動していると判断する場合には、エンジン２０の稼動を表す稼動信号を油圧システム４０へ出力する。この構成によれば、エンジン２０の回転数によりエンジン２０の稼動を精度良く判定できる。

尚、ＥＣＵは、本実施例では、マイクロコンピュータ（以下単に、マイコンという）を含む。マイコンは、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置、ＲＯＭ（Read-Only Memory）等の記憶装置、及びＡＤ変換機（Analog-to-Digital）等の入出力装置を含む。ソフトウェア処理は、演算装置が、記憶装置に格納したプログラムを読み込み、読み込んだプログラムが表すソフトウェア処理の実行手順に従って演算を行うことにより実現される。尚、記憶装置には、演算装置が行った演算結果が書き込まれる。また、必要に応じて入出力装置は、エンジン２０の有する検出装置が入力する信号を演算対象として入力すると共に、演算結果を油圧システム４０へ出力する。

油圧システム４０は、ブレーキペダル４１、マスタシリンダ４２、伝達管４３、ブレーキリザーバタンク４４、及び液圧制御装置４５を含む。油圧システム４０は、ブレーキ操作によりブレーキ液圧を発生させると共に、発生させたブレーキ液圧を油圧式ブレーキシステム（ブレーキ系と図示する）及び発核装置１０へ伝達する。

ブレーキペダル４１は、特に、エンジンの始動時において、車両の運転者によって踏み込まれる。マスタシリンダ４２は、ブレーキペダルの踏力を、不図示のプッシュロッドによって伝達される。ここで、マスタシリンダ４２の内部は、ブレーキ液で充填されている。このため、マスタシリンダ４２に伝達された踏力は、ブレーキ液圧として、マスタシリンダ４２と接続するブレーキ系及び液圧制御装置４５に伝達される。尚、ブレーキ液圧は、ブレーキ液が充填された伝達管４３を通じて伝達される。よって、伝達管４３に沿った経路を、以下単に、ブレーキ液圧の伝達経路という。

ブレーキリザーバタンク４４は、ブレーキ液を蓄液すると共に、蓄液したブレーキ液をマスタシリンダ４２へ供給する。
液圧制御装置４５は、本実施例では、ＯＣＶ（Oil Control Valve）等の油圧制御弁で構成される。液圧制御装置４５は、エンジン２０が停止している場合に、発核装置１０の有する押圧部材１２が液圧を受けられるようブレーキ液圧の伝達経路を制御する。この構成によれば、液圧制御装置４５が制御するブレーキ液圧をエンジン２０の停止中に押圧部材１２が受けるため、エンジン２０の停止中においても、潜熱蓄熱材１１ａを発核させてエンジン２０に放熱できる。
また逆に、液圧制御装置４５は、エンジン２０が稼動している場合に、発核装置１０の有する押圧部材１２が液圧を受けられないよう伝達経路を制御する。この構成によれば、液圧制御装置４５が制御するブレーキ液圧をエンジン２０の稼動中に押圧部材１２が受けないため、押圧部材１２の押圧による発核トリガー１１ｂの破損を防止できる。

ここで、図２を参照して、液圧制御装置４５の構成について説明する。図２は、液圧制御装置４５の一構成例を表す側断面図である。特に、図２（ａ）は、押圧部材１２が液圧を受けられるようブレーキ液圧の伝達経路を制御する場合を表す。
図２（ａ）に示す液圧制御装置４５は、中空筒４６と押付部材４７と遮断部材４８とを含む。

中空筒４６は、本実施例では、シリンダで構成される。中空筒４６は、底面（図では左側）から順に、押付部材４７と遮断部材４８とを内部に格納する。中空筒４６の内部と、遮断部材４８との隙間には、ブレーキ液が密閉された状態で充填されている。また、中空筒４６は、底面から順に、ブレーキリザーバタンク４４、マスタシリンダ４２、及び発核装置１０とつながるブレーキ液で満たされた伝達管４３に接続している。

押付部材４７は、本実施例では、コイルスプリングである弾性体で構成される。しかし、これに限定される訳ではなく、押付部材４７は、板バネ等の従来公知の弾性体で構成される実施例を採用できる。押付部材４７は、遮断部材４８を中空筒４６の上面に押し付ける。
遮断部材４８は、本実施例では、ピストンで構成される。また、遮断部材４８は、２つの頭部４８ａ及び４８ｂを有する。この２つの頭部４８ａ及び４８ｂは、中空筒４６の内部で互いに異なる高で格納されている。また、２つの頭部４８ａ及び４８ｂは、連結部４８ｃで連結され、互いの距離はほぼ変化しない。

図２（ａ）に示す遮断部材４８は、押付部材４７によって中空筒４６の上面に押し付けられた押付状態にある。この押付状態において、遮断部材４８の下側の頭部４８ｂは、ブレーキリザーバタンク４４へつながる伝達管４３を塞いで、伝達経路を遮断する。一方で、遮断部材４８は、マスタシリンダ４２で発生したブレーキ液圧を発核装置１０へ伝達する伝達経路を遮断しない。

次に、図２（ｂ）を参照して、押圧部材１２が液圧を受けられないようブレーキ液圧の伝達経路を制御する場合について説明する。尚、図２（ｂ）は、図２（ａ）とほぼ同様であるため、以下相違点等について説明する。
液圧制御装置４５は、不図示のソレノイドコイルを有する。また、遮断部材４８の頭部４８ａ及び４８ｂ、連結部４８ｃのいずれか１つ以上は、磁性体で構成される。

ここで、液圧制御装置４５は、判定装置３０からエンジン２０の稼動を表す稼動信号を取得すると、遮断部材４８を、不図示のソレノイドコイルによって、図２（ａ）に示した位置よりも底面側に引き付ける。この遮断部材４８が底面側に引き付けられた引付状態において、遮断部材４８の上側の頭部４８ａは、発核装置１０へつながる伝達管４３を塞ぐ。一方で、遮断部材４８は、マスタシリンダ４２で発生したブレーキ液圧をブレーキリザーバタンク４４へ伝達する伝達経路を遮断しない。

この構成によれば、液圧制御装置４５が判定装置３０から稼動信号を取得しない限りブレーキ液圧を押圧部材１２へ伝達することがない。このため、例えば、エンジン始動前等の判定装置３０が電源を供給されない場合であっても、押圧部材１２がブレーキ液圧を受けることがない。

尚、液圧制御装置４５は、不図示のソレノイドコイルを備えず、押付部材４７がソレノイドコイルとして機能する構成を採用できる。この構成によれば、液圧制御装置４５を小型化、軽量化、及び低価格化できる。

また、液圧制御装置４５は、不図示のソレノイドコイルが磁力を用いて遮断部材４８を中空筒４６の底面に引き付けるのではなく、ソレノイドコイルが磁力を用いて遮断部材４８を底面に押し付ける構成を採用できる。

更に、液圧制御装置４５は、不図示のソレノイドコイルが位置を変位させる不図示のアクチュエータを更に備え、このアクチュエータは、遮断部材４８を中空筒４６の底面に引き付ける又は押し付ける構成を採用できる。また更に、液圧制御装置４５は、不図示のモータが位置を変位させる不図示のアクチュエータを更に備え、このアクチュエータは、遮断部材４８を中空筒４６の底面に引き付ける又は押し付ける構成を採用できる。

ここで、液圧制御装置４５が判定装置３０から取得する稼動信号を、切替信号ともいう。これは、判定装置３０から稼動信号を取得すると、液圧制御装置４５は、ブレーキ液圧を伝達する伝達経路を発核装置１０からブレーキリザーバタンク４４へ切り替えるためである。

また、液圧制御装置４５は、判定装置３０でエンジン２０が停止したと判定すると、図２の説明とは逆に、ブレーキ液圧の伝達経路をブレーキリザーバタンク４４から発核装置１０へ切り替える構成を採用できる。更にこの構成において、液圧制御装置４５は、判定装置３０がエンジン停止を判定するのみならず始動をも予測すると、発核装置１０が液圧を受けるよう制御する構成を採用できる。

この液圧制御装置４５の一構成例について、図３（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。図３（ａ）及び（ｂ）に示す液圧制御装置４５のは、図２（ａ）及び（ｂ）と異なり、上面（図では右側）から順に、押付部材４７と遮断部材４８とを内部に格納する。尚、図３（ａ）及び（ｂ）に示す液圧制御装置４５は、図２（ａ）及び（ｂ）と同様であるので、以下主に相違点について説明する。

この液圧制御装置４５は、判定装置３０が従来周知の始動予測方法を用いてエンジン２０の始動を予測すると、判定装置３０から始動が予測されたことを表す始動予測信号を取得する。尚、本実施例において、従来周知の始動予測方法は、「IG-ON」信号に基づいてエンジン２０の始動を予測する方法をいうが、これに限定される訳ではない。

ここで、図３（ａ）に示す様に、エンジン２０が停止している場合であって、始動予測信号を取得する前には、液圧制御装置４５は、遮断部材４８が押付部材４７によって中空筒４６の底面に押し付けられた押付状態にある。この押付状態において、遮断部材４８の上側の頭部４８ａは、押圧部材１２へつながる伝達管４３ｂを塞いで、伝達経路を遮断している。尚、マスタシリンダ４２及びブレーキリザーバタンク４４との伝達経路は開放されている。

次に、始動予測信号を取得すると、液圧制御装置４５は、図３（ｂ）に示す様に、不図示のソレノイドによって、遮断部材４８が中空筒４６の上面に引き付けられた引付状態になる。この引付状態において、遮断部材４８の上側の頭部４８ａは、押圧部材１２へつながる伝達管４３ｂを開放する。尚、マスタシリンダ４２との伝達経路は開放され、ブレーキリザーバタンク４４との伝達経路は遮断されている。この構成によれば、エンジン２０の始動を伴わないブレーキペダルの踏み込みによる発核トリガー１１ｂの損傷を防止できるだけでなく、不要な発核を防止できる。
尚、その後、判定装置３０は、エンジン２０が稼動した（つまり、停止していない）と判定すると、始動予測信号の液圧制御装置４５に対する出力を停止する。このため、液圧制御装置４５は、図３（ａ）に示す押付状態に戻る。

ここで、発核システム１は、ブレーキ液圧を検出する検出装置を更に備え、液圧制御装置４５は、検出装置が検出したブレーキ液圧に基づいて、発核装置１０の有する押圧部材１２が発核トリガーを破損しない程度の液圧を受けられるようブレーキ液圧の伝達経路を制御する構成を採用できる。具体的には、検出装置は、液圧センサで構成され、検出した液圧を表す液圧信号を判定装置３０へ出力する。判定装置３０は、押圧部材１２が受けるブレーキ液圧が所定値を下回るよう、押圧部材１２へ液圧を伝達する伝達経路を液圧制御装置４５が開放する開度を液圧信号に基づいて判断する。また、判定装置３０は、判断した開度を表す開度信号を液圧制御装置４５へ出力する。液圧制御装置４５は、開度信号に基づいた変位量だけ、遮断部材４８を中空筒４６の上面へ引き付ける。つまり、液圧制御装置４５は、伝達管４３の開度が開度信号の表す開度となるように制御することで、押圧部材１２が受けるブレーキ液圧が所定値を下回るよう制御する。この構成によれば、押圧部材１２に作用する油圧を所定値以下とすることができるため、押圧部材１２による発核トリガーの破損を防止できる。

また、判定装置３０は、液圧信号が表す液圧が所定の閾値を超える場合に、伝達経路を遮断すると判定し、そうでない場合に開放すると判定する構成を採用できる。またこの判定装置３０は、始動が予測されると判定した場合であっても、伝達経路を遮断すると判定した場合には、液圧制御装置４５へ始動予測信号を出力しない構成を採用できる。この構成によれば、押圧部材１２に作用する油圧が所定値を超える場合には、押圧部材１２が油圧を受けないため、押圧部材１２による発核トリガーの破損を防止できる。

判定装置３０が実行するプログラムは、磁気ディスクや光ディスク、半導体メモリ、その他の記録媒体に格納して配布したり、ネットワークを介して配信したりすることにより提供できる。
また、判定装置３０がソフトウェア処理を実行することで実現する機能の一部又は全部は、ハードウェア回路を用いて実現することができる。逆に、判定装置３０がハードウェア回路を用いて実現する機能の一部又は全部は、ソフトウェア処理を実行することで実現することができる。
更に、発核装置１０及び発核システム１を用いて発核方法を実施することができる。

以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１…発核システム １０…発核装置
１１…容器（ケース） １１ａ…潜熱蓄熱材
１１ｂ…発核トリガー １２…押圧部材（アクチュエータ）
２０…エンジン ３０…判定装置
４０…油圧システム ４１…ブレーキペダル
４２…マスタシリンダ ４３ａ〜４３ｂ…伝達管（伝達経路）
４４…ブレーキリザーバタンク ４５…液圧制御装置（ＯＣＶ）
４６…中空筒（シリンダ） ４７…押付部材（リターンスプリング）
４８…遮断部材（ピストン）

Claims (3)

1. 潜熱の放熱を伴って相転移する潜熱蓄熱材を封入した、エンジンに搭載される容器と、
   前記容器に封入された潜熱蓄熱材を相転移させるために、過冷却の状態にある前記潜熱蓄熱材の発核を、外圧を受けて誘発する発核トリガーと、
   前記エンジンが停止している間に受けるブレーキ液圧によって前記発核トリガーを押圧する押圧部材とを備えることを特徴とする発核装置。
2. 潜熱の放熱を伴って相転移する潜熱蓄熱材を封入した、エンジンに搭載される容器と、
   前記容器に封入された潜熱蓄熱材を相転移させるために、過冷却の状態にある前記潜熱蓄熱材の発核を、外圧を受けて誘発する発核トリガーと、
   ブレーキ液圧を受けて前記発核トリガーを押圧する押圧部材とを有する蓄熱装置と、
   前記エンジンが停止している場合に、前記蓄熱装置の有する押圧部材が液圧を受けられるよう前記ブレーキ液圧の伝達経路を制御する液圧制御装置とを備えることを特徴とする発核システム。
3. 前記液圧制御装置は、エンジンが稼動している場合に、前記蓄熱装置の有する押圧部材が液圧を受けられないよう前記伝達経路を制御することを特徴とする請求項２に記載の発核システム。

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