JP2012127195A - Warm-up device for engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの始動時の暖機を促進するためのエンジンの暖機装置に関する。 The present invention relates to an engine warm-up device for promoting warm-up when an engine is started.
エンジン冷却水は、通常８０〜１００℃程度の水温（エンジン冷却水の温度）でエンジンに供給されている（暖機完了状態）。しかし、エンジンの停止時には、水温はほぼ大気温度にまで低下する。そして、エンジンの冷間状態からエンジンを始動し、シリンダ内の燃焼熱によってエンジン冷却水は温められて水温が上昇して、エンジンが暖機完了状態となる。 The engine cooling water is normally supplied to the engine at a water temperature (engine cooling water temperature) of about 80 to 100 ° C. (warm-up completion state). However, when the engine is stopped, the water temperature drops to almost the atmospheric temperature. Then, the engine is started from the cold state of the engine, the engine cooling water is warmed by the combustion heat in the cylinder, the water temperature rises, and the engine is warmed up.
なお、特許文献１には、エンジン内で冷却水が流動する冷却水路と、前記冷却水を循環させる電動式ポンプと、冷却水温を検知する検知手段とを有する車両用エンジンの暖機装置において、前記冷却水温が所定温度より低い状態では前記電動式ポンプを周期的に正逆回転するように制御する車両用エンジンの暖機装置が開示されている。 In Patent Document 1, in a warming-up device for a vehicle engine having a cooling water passage through which cooling water flows in an engine, an electric pump that circulates the cooling water, and a detection unit that detects a cooling water temperature, There is disclosed a vehicle engine warm-up device that controls the electric pump to periodically rotate forward and backward in a state where the cooling water temperature is lower than a predetermined temperature.
水温が低い場合には、油温（エンジンオイルの温度）も低く、エンジンフリクションが大きくなり燃費が悪くなる。さらに、ピストン温度も低いために、ＴＨＣ（全炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）の排出が増える。エンジンの暖機中は燃費が悪いので、エネルギーを使わずにエンジンの暖機時間を短縮することでエンジンの燃費が改善される。 When the water temperature is low, the oil temperature (engine oil temperature) is low, the engine friction increases, and the fuel consumption deteriorates. Furthermore, since the piston temperature is low, emissions of THC (total hydrocarbons) and CO (carbon monoxide) increase. Since the fuel efficiency is poor while the engine is warming up, shortening the engine warm-up time without using energy improves the fuel efficiency of the engine.
そこで、本発明の目的は、エンジンの始動時の暖機を促進してエンジンの早期暖機を可能とすることで、エンジンの燃費を改善することにある。 Therefore, an object of the present invention is to improve engine fuel efficiency by facilitating warm-up at the start of the engine to enable early warm-up of the engine.
上記目的を達成するために、本発明は、エンジンの始動時の暖機を促進するためのエンジンの暖機装置であって、前記エンジン内を循環する循環流体の循環回路の途中に、暖機完了状態の前記エンジンの運転時に、前記循環回路の循環流体から蓄熱し、且つ、前記エンジンの始動時に、蓄熱したエネルギーを用いて前記循環回路の循環流体を加熱するケミカルヒートポンプを配設したことを特徴とするエンジンの暖機装置である。 In order to achieve the above object, the present invention provides an engine warm-up device for promoting warm-up at the start of an engine, wherein the warm-up is performed in the middle of a circulation circuit of a circulating fluid circulating in the engine. A chemical heat pump is provided that stores heat from the circulating fluid in the circulation circuit during operation of the engine in a completed state, and heats the circulating fluid in the circulation circuit using the stored energy when the engine is started. This is a characteristic engine warm-up device.
前記ケミカルヒートポンプは、低温時に水分を吸着して発熱し且つ高温時に水分を脱離する水吸着材が収容された水吸着材容器と、該水吸着材容器に組み込まれ、前記循環回路からの循環流体が流通する循環流体管と、前記水吸着材容器内の水吸着材から脱離した水分を回収する水容器と、前記水吸着材容器と前記水容器とを連通する連通管と、該連通管の途中に配設された連通管開閉弁とを備えるものであっても良い。 The chemical heat pump includes a water adsorbent container that contains a water adsorbent that absorbs moisture at a low temperature and generates heat and desorbs the moisture at a high temperature, and is circulated from the circulation circuit. A circulating fluid pipe through which a fluid flows; a water container that collects moisture desorbed from the water adsorbent in the water adsorbent container; a communication pipe that communicates the water adsorbent container and the water container; and the communication A communication pipe opening / closing valve disposed in the middle of the pipe may be provided.
前記ケミカルヒートポンプは、前記エンジンの停止時に前記連通管開閉弁を閉じ、且つ、前記エンジンの始動時に前記連通管開閉弁を開く制御手段を更に備えるものであっても良い。 The chemical heat pump may further include control means for closing the communication pipe on-off valve when the engine is stopped and opening the communication pipe on-off valve when the engine is started.
本発明によれば、エンジンの始動時の暖機を促進してエンジンの早期暖機を可能とすることで、エンジンの燃費を改善することができるという優れた効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to improve the fuel efficiency of the engine by promoting warm-up at the start of the engine and enabling early warm-up of the engine.
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本実施形態に係るエンジンの暖機装置の概略図を図１に示す。図１中、１は車両用のエンジン（本実施形態では、ディーゼルエンジン）、２はエンジン１内を循環するエンジン冷却水（循環流体）の冷却系回路（循環回路）、３はエンジン冷却水を冷却するラジエータ、４はラジエータをバイパスするバイパス管、５は水温（エンジン冷却水の温度）に応じて開閉するサーモスタットである。冷却系回路２は、ラジエータ３の冷却水入口とエンジン１の冷却水出口とを繋ぐ第一配管２ａと、エンジン１の冷却水入口とラジエータ３の冷却水出口とを繋ぐ第二配管２ｂとを有している。サーモスタット５は、水温が所定の開弁温度（例えば、８０℃）を下回ると自ずと閉じて、エンジン冷却水をラジエータ３には流さずにバイパス管４へと流すものである。 FIG. 1 shows a schematic diagram of an engine warm-up device according to the present embodiment. In FIG. 1, 1 is an engine for a vehicle (in this embodiment, a diesel engine), 2 is a cooling system circuit (circulation circuit) of engine cooling water (circulating fluid) circulating in the engine 1, and 3 is engine cooling water. A radiator for cooling, 4 is a bypass pipe that bypasses the radiator, and 5 is a thermostat that opens and closes according to the water temperature (temperature of engine cooling water). The cooling system circuit 2 includes a first pipe 2 a that connects the cooling water inlet of the radiator 3 and the cooling water outlet of the engine 1, and a second pipe 2 b that connects the cooling water inlet of the engine 1 and the cooling water outlet of the radiator 3. Have. The thermostat 5 is automatically closed when the water temperature falls below a predetermined valve opening temperature (for example, 80 ° C.), and allows the engine cooling water to flow to the bypass pipe 4 without flowing to the radiator 3.
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１の暖機装置１０においては、エンジン１の冷却系回路２の途中にケミカルヒートポンプ１１を配設している。 As shown in FIG. 1, in the warm-up device 10 for the engine 1 according to the present embodiment, a chemical heat pump 11 is disposed in the middle of the cooling system circuit 2 of the engine 1.
具体的には、ケミカルヒートポンプ１１は、ゼオライトやシリカゲル等の水吸着材１２が収容された水吸着材容器１３（反応器）と、水吸着材容器１３に組み込まれ、冷却系回路２からのエンジン冷却水が流通する冷却水管１４（循環流体管、熱交換器）と、水吸着材容器１３内の水吸着材１２から脱離した水分を回収して貯留する水容器１５（蒸発器）と、水吸着材容器１３と水容器１５とを連通する連通管１６と、連通管１６の途中に配設された連通管開閉弁１７と、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１８とを備える。 Specifically, the chemical heat pump 11 includes a water adsorbent container 13 (reactor) in which a water adsorbent 12 such as zeolite or silica gel is accommodated, and an engine from the cooling system circuit 2 incorporated in the water adsorbent container 13. A cooling water pipe 14 (circulation fluid pipe, heat exchanger) through which cooling water circulates, a water container 15 (evaporator) for collecting and storing moisture desorbed from the water adsorbent 12 in the water adsorbent container 13, A communication pipe 16 that allows the water adsorbent container 13 and the water container 15 to communicate with each other, a communication pipe opening / closing valve 17 disposed in the middle of the communication pipe 16, and an ECU (electronic control unit) 18 are provided.
本実施形態では、水吸着材１２はゼオライトからなる。ゼオライトは、低温時に水分を吸着して発熱し且つ高温時に水分を脱離する性質を持つ多孔性の物質である。以下、水吸着材１２を「ゼオライト」とも称する。 In the present embodiment, the water adsorbent 12 is made of zeolite. Zeolite is a porous substance that has the property of adsorbing moisture at low temperatures to generate heat and desorbing moisture at high temperatures. Hereinafter, the water adsorbent 12 is also referred to as “zeolite”.
水吸着材容器１３は、例えば、金属製容器からなる。本実施形態では、水吸着材容器１３内は真空に保たれている。以下、水吸着材容器１３を「ゼオライト容器」とも称する。 The water adsorbent container 13 is made of a metal container, for example. In this embodiment, the inside of the water adsorbent container 13 is kept in a vacuum. Hereinafter, the water adsorbent container 13 is also referred to as a “zeolite container”.
冷却水管１４は、例えば、金属製管からなる。本実施形態では、冷却水管１４は、バイパス管４の接続部分（サーモスタット５）よりも前流の第一配管２ａと、バイパス管４の接続部分よりも後流の第二配管２ｂとを連通している。また、本実施形態では、冷却水管１４は、ゼオライト容器１３内でゼオライト１２と熱交換をしやすい構造（図示例では、スパイラル状）となっている。 The cooling water pipe 14 is made of a metal pipe, for example. In the present embodiment, the cooling water pipe 14 communicates the first pipe 2 a that is upstream of the connection part (thermostat 5) of the bypass pipe 4 and the second pipe 2 b that is downstream of the connection part of the bypass pipe 4. ing. Further, in the present embodiment, the cooling water pipe 14 has a structure (in the illustrated example, a spiral shape) that facilitates heat exchange with the zeolite 12 in the zeolite container 13.
水容器１５は、例えば、金属製容器からなる。本実施形態では、水容器１５内は真空に保たれている。 The water container 15 is made of a metal container, for example. In the present embodiment, the water container 15 is kept in a vacuum.
連通管１６は、例えば、金属製管からなる。本実施形態では、連通管１６は、ゼオライト容器１３の上端部と、水容器１５の上端部とを連通している。また、本実施形態では、連通管１６内は真空に保たれている。 The communication pipe 16 is made of a metal pipe, for example. In the present embodiment, the communication pipe 16 communicates the upper end portion of the zeolite container 13 and the upper end portion of the water container 15. In the present embodiment, the inside of the communication pipe 16 is kept in a vacuum.
連通管開閉弁１７は、例えば、常閉型（ノーマルクローズ）の電磁弁からなる。また、連通管開閉弁１７は、電気配線１７ａを介してＥＣＵ１８に電気的に接続されている。 The communication pipe opening / closing valve 17 is formed of, for example, a normally closed type (normally closed) electromagnetic valve. The communication pipe opening / closing valve 17 is electrically connected to the ECU 18 via an electric wiring 17a.
ＥＣＵ１８は、例えば、コンピューターからなる。本実施形態では、ＥＣＵ１８は、連通管開閉弁１７を制御するための制御手段をなす。 The ECU 18 is composed of a computer, for example. In the present embodiment, the ECU 18 serves as a control means for controlling the communication pipe opening / closing valve 17.
次に、本実施形態に係るエンジン１の暖機装置１０の作動を説明する。 Next, the operation of the warm-up device 10 for the engine 1 according to this embodiment will be described.
図２に示すように、暖機完了状態のエンジン１の運転中は、ＥＣＵ１８は連通管開閉弁１７を開としている。これにより、高温（８０〜１００℃）のエンジン冷却水が、ゼオライト容器１３に組み込まれた冷却水管１４内を循環するようになっている。温度が上昇したエンジン冷却水により、ゼオライト容器１３内のゼオライト１２中の水分が脱離して水蒸気としてゼオライト容器１３内に放出される。そして、過飽和となった水蒸気は、水蒸気発生による体積増加に起因する圧力差で連通管１６内を移動し、水容器１５にて回収される。水蒸気は水容器１５内で凝縮されて、水容器１５内の水位が上昇する。 As shown in FIG. 2, during operation of the engine 1 in the warm-up completion state, the ECU 18 opens the communication pipe opening / closing valve 17. As a result, high-temperature (80 to 100 ° C.) engine cooling water circulates in the cooling water pipe 14 incorporated in the zeolite container 13. Due to the engine cooling water whose temperature has risen, the water in the zeolite 12 in the zeolite container 13 is desorbed and released into the zeolite container 13 as water vapor. Then, the supersaturated water vapor moves through the communication pipe 16 due to a pressure difference caused by the volume increase due to the generation of water vapor, and is collected in the water container 15. The water vapor is condensed in the water container 15 and the water level in the water container 15 rises.
水容器１５側を冷却することで、水容器１５に回収する水分量を多くすることができる。例えば、水容器１５を車両において大気で冷却されやすい箇所に配置する（例えば、水容器１５をエンジン１よりも離れた箇所に配置する）こと、或いは、水容器１５を冷えやすい構造とする（例えば、水容器１５に放熱フィンを設ける）こと等で、水容器１５側を冷却することが考えられる。 By cooling the water container 15 side, the amount of water collected in the water container 15 can be increased. For example, the water container 15 is disposed at a location that is easily cooled in the atmosphere of the vehicle (for example, the water container 15 is disposed at a location away from the engine 1), or the water container 15 is configured to be easily cooled (for example, It is conceivable to cool the water container 15 side by providing a heat radiating fin on the water container 15.
図３に示すように、エンジン１の停止（イグニションＯＦＦ）と共に（同時に）、ＥＣＵ１８は連通管開閉弁１７を閉じる。これにより、ゼオライト容器１３内のゼオライト１２中の水分量、及び、水容器１５内の水分量が保持される。即ち、エンジン冷却水からの熱エネルギーは水として水容器１５内に貯留される。エンジン１の停止後、ゼオライト容器１３の温度が下がると、ゼオライト容器１３内のゼオライト１２は水分を吸着可能な状態で保持される。 As shown in FIG. 3, when the engine 1 is stopped (ignition OFF) (simultaneously), the ECU 18 closes the communication pipe opening / closing valve 17. Thereby, the water content in the zeolite 12 in the zeolite container 13 and the water content in the water container 15 are maintained. That is, the heat energy from the engine coolant is stored in the water container 15 as water. When the temperature of the zeolite container 13 decreases after the engine 1 is stopped, the zeolite 12 in the zeolite container 13 is held in a state in which moisture can be adsorbed.
図４に示すように、エンジン１の始動（イグニションＯＮ）と共に（同時に）、ＥＣＵ１８は連通管開閉弁１７を開く。これにより、連通管１６内の水分がゼオライト１２に吸着され発熱反応を起こす。また、連通管１６内の水分がゼオライト１２に吸着されることにより水容器１５内の水が蒸発し、水蒸気は、水蒸気発生による体積増加に起因する圧力差で連通管１６内を移動し、ゼオライト容器１３内に流れ込む。水蒸気が水容器１５内で発生して、水容器１５内の水位が低下する。 As shown in FIG. 4, when the engine 1 is started (ignition ON) (simultaneously), the ECU 18 opens the communication pipe opening / closing valve 17. As a result, moisture in the communication pipe 16 is adsorbed by the zeolite 12 and causes an exothermic reaction. Further, the water in the communication pipe 16 is adsorbed by the zeolite 12, whereby the water in the water container 15 evaporates, and the water vapor moves through the communication pipe 16 due to a pressure difference caused by the volume increase due to the generation of water vapor. It flows into the container 13. Water vapor is generated in the water container 15 and the water level in the water container 15 is lowered.
このゼオライト１２の発熱反応は、ゼオライト１２への水分の吸着が飽和するまで続く。ゼオライト１２の発熱反応を利用してゼオライト容器１３に組み込まれた冷却水管１４によりエンジン冷却水を温めることで、エンジン１の暖機時間を短縮することが可能となる。 This exothermic reaction of the zeolite 12 continues until moisture adsorption on the zeolite 12 is saturated. It is possible to shorten the warm-up time of the engine 1 by warming the engine cooling water by the cooling water pipe 14 incorporated in the zeolite container 13 using the exothermic reaction of the zeolite 12.
図４に示す状態からエンジン１が暖機完了状態となり、水温が８０〜１００℃になると、今度は逆にゼオライト容器１３内のゼオライト１２に吸着されていた水分が脱離する（図２参照）。そして、図２〜図４に示される状態が繰り返される。 When the engine 1 is warmed up from the state shown in FIG. 4 and the water temperature reaches 80 to 100 ° C., the water adsorbed on the zeolite 12 in the zeolite container 13 is desorbed (see FIG. 2). . Then, the states shown in FIGS. 2 to 4 are repeated.
以上要するに、本実施形態に係るエンジン１の暖機装置１０によれば、エンジン１の冷却系回路２の途中にケミカルヒートポンプ１１を備える構造としたので、暖機完了状態のエンジン１の運転中にエンジン１の排熱（高温のエンジン冷却水）を利用してケミカルヒートポンプ１１に蓄熱し、エンジン１の始動時にケミカルヒートポンプ１１で低温のエンジン冷却水を加熱することで、エンジンの暖機を促進してエンジン１の早期暖機が可能となる。即ち、エンジン１の早期暖機が可能となることで、エンジン１の暖機時間が短縮される。また、エンジン１の暖機時間が短縮されることで、エンジン１の燃費が改善される。さらに、エンジン１の早期暖機が可能となり、ＴＨＣやＣＯの排出量が低減される。 In short, according to the warm-up device 10 for the engine 1 according to the present embodiment, since the chemical heat pump 11 is provided in the middle of the cooling system circuit 2 of the engine 1, the warm-up completed engine 1 is in operation. The engine heat is stored in the chemical heat pump 11 using the exhaust heat of the engine 1 (hot engine cooling water), and the engine heat is cooled by the chemical heat pump 11 when the engine 1 is started. Thus, the engine 1 can be warmed up early. That is, the warm-up time of the engine 1 is shortened by enabling the engine 1 to warm up early. Moreover, the fuel consumption of the engine 1 is improved by shortening the warm-up time of the engine 1. Furthermore, the engine 1 can be warmed up early, and the amount of THC and CO emissions is reduced.
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other embodiments can be adopted.
例えば、エンジン冷却水だけでなく、エンジンオイルにおいても上記の暖機装置１０を使った早期暖機が可能である。即ち、エンジン１の潤滑系回路（循環回路）の途中に、上記のケミカルヒートポンプ１１を配設しても良い。 For example, not only engine cooling water but also engine oil can be quickly warmed up using the warming-up device 10 described above. That is, the chemical heat pump 11 may be disposed in the middle of the lubrication system circuit (circulation circuit) of the engine 1.
また、図５に示すように、水吸着材容器１３よりも後流の冷却水管１４に車内用のヒータ回路１９を配設することによって、エンジン１の冷間状態でのヒータの効き具合を改善することができる。 Further, as shown in FIG. 5, the heater circuit 19 for in-vehicle use is disposed in the cooling water pipe 14 that is downstream of the water adsorbent container 13, thereby improving the effectiveness of the heater in the cold state of the engine 1. can do.
さらに、図５に示すように、冷却水管１４の途中に冷却水管開閉弁（流体管開閉弁）２０を配設し、連通管開閉弁１７と同様に、ＥＣＵ１８により、エンジン１の停止時に冷却水管開閉弁２０を閉じ、且つ、エンジン１の始動時に冷却水管開閉弁２０を開くようにしても良い。冷却水管開閉弁２０は、例えば、常閉型（ノーマルクローズ）の電磁弁からなる。また、冷却水管開閉弁２０は、電気配線２０ａを介してＥＣＵ１８に電気的に接続される。また、冷却水管１４の途中に冷却水管開閉弁２０を配設した場合、ＥＣＵ１８により、エンジン１の始動から所定時間経過したとき、連通管開閉弁１７及び冷却水管開閉弁２０を閉じるようにしても良い。上記の所定時間は、例えば、エンジン１の暖機が完了し、且つ、ゼオライト容器１３内のゼオライト１２に吸着されていた水分がほぼ全量脱離すると想定される時間に設定される。 Further, as shown in FIG. 5, a cooling water pipe on / off valve (fluid pipe on / off valve) 20 is arranged in the middle of the cooling water pipe 14, and the cooling water pipe is turned off by the ECU 18 when the engine 1 is stopped, similarly to the communication pipe on / off valve 17. The on-off valve 20 may be closed and the cooling water pipe on-off valve 20 may be opened when the engine 1 is started. The cooling water pipe opening / closing valve 20 is composed of, for example, a normally closed electromagnetic valve. Further, the cooling water pipe opening / closing valve 20 is electrically connected to the ECU 18 via the electric wiring 20a. Further, when the cooling water pipe opening / closing valve 20 is disposed in the middle of the cooling water pipe 14, the ECU 18 may close the communication pipe opening / closing valve 17 and the cooling water pipe opening / closing valve 20 when a predetermined time has elapsed from the start of the engine 1. good. The predetermined time is set, for example, to a time when the warm-up of the engine 1 is completed and almost all of the water adsorbed on the zeolite 12 in the zeolite container 13 is desorbed.
１ エンジン（ディーゼルエンジン）
２ 冷却系回路（循環回路）
１０ 暖機装置
１１ ケミカルヒートポンプ
１２ ゼオライト（水吸着材）
１３ ゼオライト容器（水吸着材容器）
１４ 冷却水管（循環流体管）
１５ 水容器
１６ 連通管
１７ 連通管開閉弁
１８ ＥＣＵ（制御手段）
1 engine (diesel engine)
2 Cooling system circuit (circulation circuit)
10 Warm-up device 11 Chemical heat pump 12 Zeolite (water adsorbent)
13 Zeolite container (water adsorbent container)
14 Cooling water pipe (circulating fluid pipe)
15 water container 16 communication pipe 17 communication pipe on-off valve 18 ECU (control means)
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