JP4107018B2

JP4107018B2 - エンジン暖機装置

Info

Publication number: JP4107018B2
Application number: JP2002258060A
Authority: JP
Inventors: 伸本田; 泰一相川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2022-09-03
Also published as: JP2004093070A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン本体の温度やエンジン冷却水の温度を上昇させるエンジン暖機装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン本体の温度やエンジン冷却水の温度を素早く上昇させることは、車室内の早期暖房、窓ガラスの曇り防止、排気ガス中の有害物質の分解（触媒の活性化）の点で有用である。
【０００３】
特許文献１のエンジン暖機装置（車両用熱取出し装置）では、吸着物質を内部に充填させた第１タンクと、この第１タンクに管路を介して連通し、内部に凝縮液を貯蔵した第２のタンクとを車両エンジンの冷却水回路に設置し、気化した凝縮液を吸着物質が吸着する際に発生する吸着熱をエンジン冷却水との熱交換により吸収させて冷却水温度を上昇させている。
【０００４】
このエンジン暖機装置は、エンジン運転中において、第２熱交換器を通過して昇温したエンジン冷却水の熱が、隣接配置される第１タンクに伝わって第１タンク内の吸着物質を加熱して凝縮液を離脱させ、気化した凝縮液は管路（電磁弁が開→閉）を経て第２タンク内に到達し、凝縮して液体状態で貯留される。
【０００５】
冷間時のエンジン始動では、第２タンク内の凝縮液が気化して管路（電磁弁が閉→開）を経て第１タンク内に到達して吸着物質に吸着する。この際、発生する吸着熱で第２熱交換器内のエンジン冷却水が加熱される。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６- １２７２７０号公報（第３頁〜第４頁図２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１のエンジン暖機装置は、下記に示す課題を有する。
エンジン暖機装置は、高々１００℃程度にしか昇温しないエンジン冷却水を吸着剤の再生熱源に利用している。
このため、気化した凝縮液を吸着剤が吸着する際に発生する吸着熱の発生量は少なく、その発熱温度も高くない。
従って、実用的な暖機性能を得るには、第１、第２タンクを大型にする必要があり、大きなスペースを占有する。
本発明の目的は、優れた暖機性能を得ることができ、且つ機器の占有スペースが小さいエンジン暖機装置の提供にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１について〕
吸着剤熱交換器は、内部に吸着剤を封入している。
この吸着剤と、冷却水管内を流れるエンジン冷却水および排気管内を流れる排気ガスとが熱交換可能な様に各管（冷却水管、排気管）を吸着剤熱交換器に臨ませている。
冷媒の往来を行うための接続配管は、途中に開閉手段を介設し、吸着剤熱交換器と車両の冷凍サイクルとを接続している。
また、冷凍サイクルは、冷媒圧縮機、車室内熱交換器および車室外熱交換器を有し、開閉手段は、制御器により開閉を制御される。
【０００９】
エンジンが充分に温まっている場合には、高温の排気ガスの熱が吸着剤熱交換器に伝わって吸着剤を加熱し、吸着剤に吸着している冷媒が離脱する。離脱した冷媒は接続配管（開閉手段は開）を介して冷凍サイクルへ戻す。離脱が充分進んだ時点で開閉手段を閉じる。
【００１０】
エンジン始動時に開閉手段を開くと、冷凍サイクルから冷媒が吸着剤熱交換器内へ導かれ、冷媒が吸着剤に吸着する。
冷媒の吸着により吸着剤が吸着熱を発生し、冷却水管内を流れるエンジン冷却水および排気管内を流れる排気ガスが加熱される。
【００１１】
そして、エンジン本体の温度やエンジン冷却水の温度を素早く上昇させることができる。
これにより、車室内を早期に暖房でき、窓ガラスの曇りを防止でき、エンジン始動時から排気ガスを効率良く浄化（触媒が早期に活性化する）でき、優れた暖機性能が得られる。
【００１２】
冷凍サイクルの冷媒を吸着剤に吸着させて吸着熱を発生させる構成であるので、熱の発生量は多く、発熱温度も高い。
優れた暖機性能を得ることができるので、吸着剤熱交換器を大きくする必要がなく、且つ、既存の冷凍サイクルが利用できるので、大きな占有スペースが不要であるとともに、安価に設置できる。
【００１３】
〔請求項２について〕
吸着剤熱交換器の内部にフィンを密集させるとともに、冷却水管を吸着剤熱交換器に貫通させ、排気管を吸着剤熱交換器に当接させている。
これにより、吸着剤熱交換器の内部に封入した吸着剤が、冷却水管内を流れるエンジン冷却水および排気管内を流れる排気ガスと効率良く熱交換する。
【００１４】
〔請求項３について〕
冷凍サイクルは、冷媒圧縮機の冷媒吸入側か冷媒吐出側に接続配管を接続している。
【００１５】
〔請求項４について〕
冷凍サイクルは、冷媒吸着時には接続配管を冷媒圧縮機の冷媒吐出側に接続し、冷媒脱着時には接続配管を冷媒圧縮機の冷媒吸入側に接続する。
【００１６】
冷媒吸着時（暖機時）に、高圧の吐出圧で冷媒が吸着剤熱交換器に送られるので冷媒が冷え込まず、季節に関わらず、安定して暖機を行うことができる。
【００１７】
冷媒脱着時（再生時）には、接続配管が冷媒圧縮機の冷媒吸入側に接続されるので、吸着剤から冷媒が離脱する離脱圧力より圧力を低くすることができ、効率良く再生することができる。
【００１８】
〔請求項５について〕
冷凍サイクルはＣＯ₂を冷媒とし、吸着剤はＭｇＯである。
このため、（吸着熱）／（冷媒の蒸発熱）が大きく取れ、且つ、冷媒吸着時に高い温度で発熱する。
【００１９】
〔請求項６について〕
開閉手段の冷凍サイクル側に位置する接続配管に、冷媒圧縮機のオイルの流入を阻止するオイル分離手段を設けている。
【００２０】
このオイル分離手段により、吸着剤熱交換器内へのオイルミストの進入が防止できる。これにより、吸着剤の吸着性能の劣化が防止でき、吸着剤熱交換器を長期間、交換する必要がない。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例（請求項１、２、３、５、６に対応）を、図１〜図４に基づいて説明する。
【００２２】
図１に示す如く、エンジン暖機装置Ｅは、冷却水管１が貫通し、排気管２が当接する吸着剤熱交換器３と、開閉弁４１およびオイル分離手段４２を介設した接続配管４と、制御器５とを備え、接続配管４の一端側を冷凍サイクル６に接続している。
【００２３】
冷却水管１は、エンジン冷却水回路の一部であり、エンジンを冷却するためのエンジン冷却水が管内を流れる。
排気管２は、エンジンから排出される排気ガスを外部に排出する管であり、管内を高温（エンジン暖機後の場合）の排気ガスが流れる。
【００２４】
吸着剤熱交換器３は、図２に示す如く中空の密閉容器３０であり、図示上側の容器外面が円弧状の熱交換面３１とされ、図示下側の容器壁に接続配管４を連結している。
この吸着剤熱交換器３は、熱交換面３１の裏側の容器内壁面に至るまでフィン３２を密閉容器３０内に密集して配置するとともに、吸着剤３３としてＭｇＯを密閉容器３０内に封入している。
【００２５】
また、吸着剤熱交換器３の密閉容器３０の中央より若干、図示下方には冷却水管１が軸方向に貫通している。
更に、吸着剤熱交換器３の熱交換面３１に排気管２を当接させている。
【００２６】
接続配管４は開閉弁４１およびオイル分離手段４２を介設するとともに、他端側を吸着剤熱交換器３の容器壁（図示下側）に連結し、一端側をアキュムレータタンク６０に連結している。
【００２７】
制御器５は、開閉弁４１の開閉を制御するためのものである。
この制御器５は、エンジン始動時に開閉弁４１に通電を行い、開閉弁４１を開弁状態にする。
また、制御器５は、エンジンが充分、温まり、冷媒が吸着剤３３から脱着して接続配管４を介してアキュムレータタンク６１へ戻ると開閉弁４１を閉弁状態にする。
【００２８】
冷凍サイクル６は、冷房運転時に冷媒６１が、冷媒圧縮機６２→四方弁６３の第１通路６４→ファン５１を付設した車室外熱交換器６５→膨張手段６６→ファン５２を付設した車室内熱交換器６７→四方弁６３の第２通路６８→アキュムレータタンク６０→冷媒圧縮機６２と循環する様に、各部材間を冷媒配管で接続してなる。なお、暖房運転時には、冷媒通路が破線位置になる様に四方弁６３を切替える。
また、冷凍サイクル６は、冷媒６１にＣＯ₂を使用している。
【００２９】
なお、冷媒圧縮機６２を潤滑させるためのオイルを、冷媒６１とともに冷凍サイクル６内に混入させているので、暖機の際にオイルミストが吸着剤熱交換器３に進入しない様に、オイル分離手段４２を接続配管４に介設している。
なお、捕集したオイルは、オイル戻し管４３を介してアキュムレータタンク６０に戻す。
【００３０】
エンジン暖機装置Ｅは、以下の様に作動する。
エンジンが始動すると、制御器５が開閉弁４１に通電を行い、開閉弁４１を開弁状態にする。
【００３１】
外気温相当の状態（図３の状態Ａ）の冷媒６１（ＣＯ₂）が、アキュムレータタンク６０内から接続配管４を介して吸着剤熱交換器３内へ進入して吸着剤３３に吸着する。
冷媒６１の吸着により吸着剤３３が、急速に発熱（吸着熱を発生）し、最大９００Ｋ（図３の状態Ｂ）まで温度が上昇する。
高温になった吸着剤３３（ＭｇＯ）により、冷却水管内１を流れるエンジン冷却水および排気管２内を流れる排気ガスが加熱され、エンジン本体の温度やエンジン冷却水の温度が素早く上昇する。
【００３２】
エンジンが充分に温まると高温の排気ガスの熱が吸着剤熱交換器３に伝わって内部の吸着剤３３を加熱し、吸着剤３３の温度が９００Ｋを越えるので、吸着剤３３に吸着している冷媒６１が離脱する。
【００３３】
離脱した冷媒６１は接続配管４（開閉弁４１は開）を介してアキュムレータタンク６０へ戻り、凝縮して液化する（図３の状態Ｂ→状態Ａ）。
冷媒６１の離脱が充分進んだ時点で制御器５が開閉弁４１への通電を遮断（開閉弁４１閉）し、つぎの暖機に備える。
【００３４】
本実施例に係るエンジン暖機装置Ｅは、以下の利点を有する。
〔ア〕エンジン暖機装置Ｅは、エンジンが始動時に、冷凍サイクル６の冷媒６１（ＣＯ₂）を吸着剤３３（ＭｇＯ）に吸着させて吸着熱を発生させる構成であるので、熱の発生量は多く、発熱温度も高い。
【００３５】
更に、吸着剤熱交換器３の内部にフィン３２を密集させるとともに、冷却水管１を吸着剤熱交換器３に貫通させ、排気管２を吸着剤熱交換器３に当接させている。
【００３６】
これらの構成により、吸着剤熱交換器３内に封入した吸着剤３３が、冷却水管１内を流れるエンジン冷却水および排気管２内を流れる排気ガスと効率良く熱交換する。
【００３７】
このため、比較的小さい吸着剤熱交換器３で優れた暖機性能を得ることができる。また、既存の冷凍サイクル６が利用できるので、大きな占有スペースが不要であり、安価に設置できる。
【００３８】
エンジン暖機装置Ｅは、図４に示す様に、エンジン本体の温度やエンジン冷却水の温度を素早く上昇させることができるので、エンジン始動直後から、車室内を早期に暖房でき、窓ガラスの曇り防止が図れ、排気ガス中の有害物質の分解を確実に行うことができる。
【００３９】
〔イ〕オイル分離手段４２を接続配管４に介設している。
このため、暖機の際に、オイルミストの吸着剤熱交換器３への進入が防止できる。
これにより、吸着剤３３のオイルミストに起因する吸着性能の劣化が防止でき、吸着剤熱交換器３を長期間、交換する必要がない。
【００４０】
〔ウ〕冷媒６１の離脱が充分進んで開閉弁４１が閉じた後は、排気ガスの熱がフィン３２を介してエンジン冷却水に伝わり排熱回収が行われる。これにより、特に、エンジン排熱が少ない車両においては、暖房不足が解消される。
【００４１】
つぎに、本発明の第２実施例（請求項１、２、３、５、６に対応）を、図３および図５に基づいて説明する。
【００４２】
図５に示すエンジン暖機装置Ｆは、接続配管４の一端側を冷媒圧縮機６２の吐出側に接続した点がエンジン暖機装置Ｅと異なる。なお、暖房運転時には、冷媒通路が破線位置になる様に四方弁６３を切り替える。
【００４３】
第１実施例のエンジン暖機装置Ｅでは、アキュムレータタンク６０内の冷媒６１（ＣＯ₂）を気化させて、接続配管４を介して吸着剤熱交換器３内へ送り、吸着剤３３に吸着させている。
【００４４】
しかし、吸着させる吸着反応が早いと、蒸発熱により、アキュムレータタンク６０内の冷媒６１が冷え込み、吸着反応が抑制されてしまう。
冷媒６１の冷え込みを防止するには、ファン５１、５２を作動状態にして外気と熱交換させれば良いが、冬期には有効的でない。
【００４５】
接続配管４の一端側を冷媒圧縮機６２の吐出側に接続したエンジン暖機装置Ｆは、上記〔ア〕〜〔ウ〕の利点以外に、以下の利点を有する。
〔エ〕エンジン始動とともに冷媒圧縮機６２を作動させれば、高圧の吐出圧で冷媒６１が吸着剤熱交換器３に送られるので、冷媒６１が冷え込まず、季節に関わらず、安定して暖機を行うことができる。
【００４６】
なお、暖機時に吐出側から冷媒６１（図３の状態Ｄ）を導入して吸着剤３３に吸着させているので、吸着時の吸着圧力を、第１実施例のエンジン暖機装置Ｅよりも高くでき、早く吸着反応を起こすことができるとともに、高い温度で吸着剤３３を発熱させることができる。
【００４７】
つぎに、本発明の第３実施例（請求項１、２、４、５、６に対応）を、図３および図６に基づいて説明する。
【００４８】
図６に示すエンジン暖機装置Ｇは、下記に示す点が第１実施例のエンジン暖機装置Ｅと異なる。
三方弁７の暖機時出入口（破線側）と冷媒圧縮機６２の吐出側とを配管７１で接続し、三方弁７の再生時側出入口（実線側）と冷媒圧縮機６２の吸入側とを配管７２で接続し、三方弁７の共通出入口に接続配管４の一端側を接続している。
【００４９】
三方弁７の共通出入口に接続配管４の一端側を接続したエンジン暖機装置Ｇは、上記〔ア〕〜〔ウ〕の利点以外に、以下の利点を有する。
〔オ〕三方弁７の状態を破線側にして、エンジン始動とともに冷媒圧縮機６２を作動させれば、高圧の吐出圧で冷媒６１が吸着剤熱交換器３に送られるので、暖機時に冷媒６１が冷え込まず、季節に関わらず、安定して暖機を行うことができる。
【００５０】
エンジン暖機装置Ｇでは、暖機時に吐出側から冷媒６１（図３の状態Ｄ）を導入して吸着剤３３に吸着させているので、吸着時の吸着圧力を、第１実施例のエンジン暖機装置Ｅよりも高くでき、早く吸着反応を起こすことができるとともに、高い温度で吸着剤３３を発熱させることができる。
【００５１】
一方、再生時には、接続配管４の一端側が冷媒圧縮機６２の冷媒吸入側（冷媒６１は図３の状態Ｃ）に接続されるため、吸着剤３３から冷媒６１が離脱する離脱圧力より圧力を低くすることができ、効率良く再生することができる。
【００５２】
本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施態様を含む。
ａ．フロン系の冷媒を使用する冷凍サイクルを使用し、吸着剤にゼオライト１３Ｘを用いる構成であっても良い。
但し、ゼオライト、活性炭、シリカゲル等の物理吸着剤は、表１に示す様に、冷媒の蒸発潜熱と同等か、ぜいぜい二倍程度の発熱量しかないので、暖機性能を確保するには、吸着剤熱交換器を各実施例のものより大きくする必要がある。
【００５３】
【表１】

【００５４】
ｂ．冷凍サイクルは、図７に示す様に、四方弁を省いたものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るエンジン暖機装置の構造を示す説明図である。
【図２】そのエンジン暖機装置暖機に用いる吸着剤熱交換器の長手方向断面図（ａ）、および短手方向断面図（ｂ）である。
【図３】冷媒と吸着剤が吸着・脱着する場合および冷媒が蒸発・凝縮する場合における平衡線図である。
【図４】本発明の第１実施例に係るエンジン暖機装置および従来技術に係るエンジン暖機装置の暖機性能を比較したグラフである。
【図５】本発明の第２実施例に係るエンジン暖機装置の構造を示す説明図である。
【図６】本発明の第３実施例に係るエンジン暖機装置の構造を示す説明図である。
【図７】他の実施例に係るエンジン暖機装置の構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１冷却水管
２排気管
３吸着剤熱交換器
４接続配管
５制御器
６冷凍サイクル
３２フィン
３３吸着剤
４１開閉弁（開閉手段）
４２オイル分離手段
６０アキュムレータタンク（冷媒圧縮機の冷媒吸入側）
６１冷媒
６２冷媒圧縮機
６５車室外熱交換器
６７車室内熱交換器
Ｅ、Ｆ、Ｇエンジン暖機装置

Claims

冷媒を圧縮する冷媒圧縮機、車室内熱交換器および車室外熱交換器を有する車両の冷凍サイクルと、
内部に封入した吸着剤が、冷却水管内を流れるエンジン冷却水および排気管内を流れる排気ガスと熱交換が可能な様に各管を臨ませた吸着剤熱交換器と、
前記冷媒の往来を行うために前記吸着剤熱交換器と前記冷凍サイクルとを接続し、途中に開閉手段を介設した接続配管と、
前記開閉手段の開閉を制御する制御器とを備え、
この制御器は、
エンジン始動時に前記開閉手段を開き、前記冷凍サイクルから前記冷媒を前記吸着剤熱交換器内へ導いて前記冷媒を前記吸着剤に吸着させ、
エンジンが充分、温まり、前記冷媒が前記吸着剤から脱着して前記接続配管を介して前記冷凍サイクルへ戻ると前記開閉手段を閉じ、
前記吸着剤熱交換器は、
エンジン始動時に、前記冷媒を吸着して発熱した前記吸着剤により前記冷却水管内を流れるエンジン冷却水および前記排気管内を流れる排気ガスを加熱し、
エンジンが充分に温まると、高温の排気ガスにより加熱された前記吸着剤から前記冷媒を脱着させることを特徴とするエンジン暖機装置。
前記吸着剤熱交換器は内部にフィンを密集させるとともに、前記冷却水管を貫通させ、前記排気管を当接させたことを特徴とする請求項１に記載のエンジン暖機装置。
前記冷媒圧縮機の冷媒吸入側か冷媒吐出側に前記接続配管を接続することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジン暖機装置。
冷媒吸着時には前記接続配管を前記冷媒圧縮機の冷媒吐出側に接続し、冷媒脱着時には前記接続配管を前記冷媒圧縮機の冷媒吸入側に接続することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジン暖機装置。
前記冷凍サイクルはＣＯ_２を冷媒とし、前記吸着剤はＭｇＯであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のエンジン暖機装置。
前記開閉手段の冷凍サイクル側に位置する接続配管に、前記冷媒圧縮機のオイルの流入を阻止するオイル分離手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載のエンジン暖機装置。