JP4240046B2

JP4240046B2 - 内燃機関の暖機装置

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Publication number: JP4240046B2
Application number: JP2006082342A
Authority: JP
Inventors: 卓祐敷田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2009-03-18
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Also published as: US20080135006A1; JP2007085330A; WO2007023795A1; EP1918578A1; EP1918578A4; EP1918578B1; US7730863B2

Description

本発明は、内燃機関の始動時に内燃機関内部の温度を急速に上昇させて暖機する暖機装置に関する。

一般に、内燃機関の始動時に、内燃機関の内部温度、特にシリンダ壁温や燃焼室温度が低くなっていると、ピストンの運動に対するフリクションロスが増大する上、排気組成が悪くなる。

そのため、従来より、内燃機関の内部に潜熱型の蓄熱材を収容し、内燃機関の運転により発生する熱を蓄熱材に蓄えておき、その蓄熱材に蓄えた熱を次の内燃機関の始動時に放熱させて内燃機関の暖機を促進するようにした暖機装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この暖機装置は、蓄熱材の内部に挿通された一対の電極を有する発核装置を備えており、この電極に対し外部から電圧を印加して発核装置を稼働させることによって、過冷却状態にある蓄熱材に相変化を促すように発核させて蓄熱材からの放熱を行うようにしている。
特開平１１−１８２３９３号公報

ところが、上記従来のものでは、電極に対し電圧を印加することによって蓄熱材に相変化を促しているため、蓄熱材の内部に電極を外部から差し込むための貫通口や、その電極に電圧を印加するための電気回路などが必要となる。そのため、蓄熱材の内部と外部とを貫通する貫通口を加工する加工作業が必要となる上、貫通口周囲でのシールも必要となる。しかも、電気回路が必要となるためにコストアップも余儀なくされることになる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蓄熱材の内部と外部とを貫通する貫通口を加工する加工作業および貫通口周囲のシールや電気回路を不要にして安価で簡単な構成の内燃機関の暖機装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、内燃機関の暖機装置として、内燃機関の内部に液層と固相とに相変化しかつ液相状態で高温になるに従い体積が増加する潜熱型の蓄熱材を収容するとともに、過冷却状態にある蓄熱材の相変化を促して放熱させるように稼動する発核装置を上記蓄熱材内に設ける。そして、上記発核装置を、過冷却状態にある蓄熱材を相変化させるように発核させる発核部と、軸線方向に進退移動可能に支持されたハンマと、このハンマが軸線方向一側に進出移動した際に当接して上記発核部に衝撃を付与して蓄熱材を発核させる的部材と、上記ハンマを的部材に向かって進出移動させる軸線方向一側へ付勢する一方、固相から液相に相変化した蓄熱材が内燃機関の熱を受けて体積増加することを利用してハンマを的部材から離間する軸線方向他側位置まで後退移動させる際に圧縮される付勢スプリングと、液相状態にある蓄熱材の温度が低下して体積減少した際にも上記付勢スプリングを圧縮させた状態で上記ハンマを軸線方向他側位置において拘束するロック機構とを設け、上記ロック機構を、内燃機関の始動時に発する振動により解除させ、ハンマを付勢スプリングの付勢力で的部材に当接させて発核部に衝撃を付与することにより発核装置を稼動させて過冷却状態の蓄熱材を相変化させるように発核させている。

また、上記目的を達成するため、本発明が講じたその他の内燃機関の暖機装置として、内燃機関の内部に液相と固相とに相変化しかつ液相状態で高温になるに従い体積が増加する潜熱型の蓄熱材を収容するとともに、過冷却状態にある蓄熱材の相変化を促して放熱させるように稼動する発核装置を上記蓄熱材内に設ける。そして、上記発核装置に、過冷却状態にある蓄熱材を相変化させるように発核させる発核部と、軸線方向に進退移動可能に支持され、軸線方向一側に進出移動した際に上記発核部に衝撃を付与するように当接して蓄熱材を発核させるハンマと、内部で圧縮された空気により上記ハンマを上記発核部に向かって進出移動させる軸線方向一側へ付勢する一方、固相から液相に相変化した蓄熱材が内燃機関の熱を受けて体積増加することを利用して上記ハンマを上記発核部から離間する軸線方向他側位置まで後退移動させる際に内部で空気が圧縮される空気室と、液相状態にある蓄熱材の温度が低下して体積減少した際にも上記空気室の内部の空気を圧縮させた状態で上記ハンマを軸線方向他側位置において拘束するロック機構とを設け、上記ロック機構を、内燃機関の始動時に発する振動により解除させ、上記ハンマを上記空気室の内部で圧縮された空気の付勢力で上記発核部に当接させて衝撃を付与することにより上記発核装置を稼動させて過冷却状態の蓄熱材を相変化させるように発核させている。

これらの特定事項により、ハンマを軸線方向他側位置において拘束するロック機構を内燃機関の始動時に発する振動により解除させ、ハンマを付勢スプリングの付勢力によって的部材に当接させた際、またはハンマを空気室の内部で圧縮された空気の付勢力によって発核部に当接させた際に、発核部に衝撃を付与して蓄熱材を発核させる発核装置が、蓄熱材の内部に設けられているので、過冷却状態にある蓄熱材内において内燃機関の始動時の振動により発核装置が独自に稼動して蓄熱材の相変化が促され、蓄熱材からの放熱が蓄熱材内の発核装置によって円滑に行われることになる。

これにより、蓄熱材の内部に外部から電極を差し込むための貫通口や、その電極に電圧を印加するための電気回路などが不要となり、蓄熱材の内部と外部とを貫通する貫通口を加工する加工作業や貫通口周囲のシールも不要となって、安価で簡単な構成の暖機装置を提供することが可能となる。

しかも、ハンマは、蓄熱材が固相から液相に相変化した際に内燃機関の熱を受けて体積増加することを利用して的部材または発核部から離間する軸線方向他側位置まで後退移動し、液相状態にある蓄熱材の温度が低下して体積減少した際にも軸線方向他側位置に拘束されているので、的部材または発核部との当接により発核部に衝撃を付与して発核装置を稼動する軸線方向一側位置まで進出移動させたハンマが別途部材を用いることなく内燃機関の熱を利用して蓄熱材を相変化させることによって発核装置の稼動に備えた軸線方向他側位置で待機することになり、非常に安価で効率の高い発核装置を提供することが可能となる。

特に、ロック機構を特定するものとして、以下の構成が掲げられる。

つまり、ロック機構に、ハンマの半径方向外方においてその軸線方向に揺動自在に設けられ、かつ弾性体により均衡する均衡位置に保持された振動子を設ける。そして、上記振動子を、内燃機関の始動時に発する振動により内燃機関に対し相対的に揺動させて均衡位置から離脱させることによって、ハンマの軸線方向他側位置における拘束を解除させるようにしている。

この特定事項により、ハンマの半径方向外方において弾性体により均衡位置に保持された振動子が内燃機関の始動時に発する振動により均衡位置から離脱することによって、ハンマの軸線方向他側位置における拘束を解除して発核装置を稼動させるので、蓄熱材の内部でハンマが付勢スプリングの付勢力で的部材に当接、または蓄熱材の内部でハンマが空気室の圧縮空気の付勢力で発核部に当接することによって、過冷却状態にある蓄熱材に相変化が促され、蓄熱材からの放熱が確実に行えることになる。

特に、ロック機構および振動子を特定するものとして、以下の構成が掲げられる。

つまり、ロック機構に、ハンマの軸線方向と直行する半径方向に滑動可能に支持され、かつハンマの軸線方向他側位置において該ハンマに対し係合する半径方向内方の係合位置とハンマに対する係合を解除する半径方向外方の解除位置とに滑動するロックボールを設ける。そして、ハンマの軸線方向と直行する半径方向内方に突出する突起を振動子に設け、その振動子が均衡位置に位置しているときに上記ロックボールを上記突起との当接により係合位置に位置付けてハンマを軸線方向他側位置に拘束している一方、内燃機関の始動時に発する振動により上記振動子が均衡位置から離脱したときに上記突起との当接を解除して上記ロックボールを解除位置に滑動させてハンマの軸線方向他側位置での拘束を解除するようにしている。

この特定事項により、ハンマの軸線方向他側位置において振動子の突起との当接により半径方向内方の係合位置でハンマに対し係合していたロックボールは、内燃機関の始動時に発する振動により均衡位置から離脱する振動子の突起との当接が解除されて半径方向外方の解除位置に滑動することによって、ハンマの軸線方向他側位置における拘束を解除させて発核装置を稼動させるので、蓄熱材の内部でハンマが付勢スプリングの付勢力で的部材に当接、または蓄熱材の内部でハンマが空気室の圧縮空気の付勢力で発核部に当接することによって、過冷却状態にある蓄熱材に相変化が促され、蓄熱材からの放熱が確実に行えることになる。

更に、上記空気室として、空気を袋内に密閉してなる空気袋または銅製のべローズを適用している場合には、空気室の内部の機密性が容易に得られ、ハンマに対する付勢力を円滑に付与することが可能となる。

以上、要するに、ハンマを軸線方向他側位置において拘束するロック機構を内燃機関の始動時に発する振動により解除させ、ハンマを付勢スプリングの付勢力、または空気室の圧縮空気の付勢力によって、発核部に当接させて蓄熱材を発核させる発核装置を蓄熱材の内部に設けることで、過冷却状態にある蓄熱材内において内燃機関の始動時の振動により発核装置を独自に稼動させて蓄熱材の相変化を促し、蓄熱材からの放熱を内部の発核装置によって円滑に行えることになる。よって、蓄熱材の内部と外部とを貫通する貫通口の加工作業やシール、および電気回路などを不要にし、安価で簡単な構成の暖機装置を提供することができる。

しかも、固相から液相に相変化した蓄熱材が内燃機関の熱を受けて体積増加することを利用してハンマを軸線方向他側位置まで後退移動させ、液相状態にある蓄熱材の温度が低下して体積減少した際にも軸線方向他側位置に拘束させておくことで、別途部材を用いることなく蓄熱材の相変化と内燃機関の熱を利用して発核装置の稼動に備えた軸線方向他側位置にハンマを待機させ、非常に安価で効率の高い発核装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本実施例１に係わる暖機装置を備えた内燃機関をクランク軸方向から見た断面図であって、この内燃機関１のシリンダブロック１１には、シリンダ１２を囲むようにウォータジャケット１３が形成されている。このウォータジャケット１３内には、例えば酢酸ナトリウム・３水和物（ＣＨ₃ＣＯＯＮａ・３Ｈ₂Ｏ）からなる潜熱型の蓄熱材Ｘを充填した蓄熱材収容容器１４が収容されている。この蓄熱材収容容器１４は、熱伝導率の高い合成樹脂により構成されている。蓄熱材Ｘとしての酢酸ナトリウム・３水和物は、融点（５８゜Ｃ）を越える温度状態から融点以下の温度状態に冷却しても液相から固相に相変化を起こさず、マイナス２０゜Ｃ〜マイナス３０゜Ｃ程度まで潜熱を蓄えたまま過冷却状態となる特性を有している。また、図２に示すように、蓄熱材収容容器１４の内部には、蓄熱材Ｘの相変化を促すように稼動する発核装置２が配設されている。そして、内燃機関１の温度が低下し、蓄熱材Ｘが過冷却状態にあるときに、内燃機関１の始動時に発する振動により発核装置２が稼動すると、蓄熱材Ｘの固相への相変化が促され、速やかに潜熱が放出されるようになっている。また、蓄熱材Ｘは、固相への相変化により潜熱の放出を終えてシリンダブロック１１からの熱を受け、融点を越える温度状態から液相へ相変化して潜熱を蓄え、高温になるに従い体積が増加するようになっている。

発核装置２は、蓄熱材収容容器１４内の上面に上端面が取り付けられた有底円筒形状の枠体２０と、この枠体２０の上端面に上端が取り付けられ、蓄熱材収容容器１４内に下端面が開口する円筒形状のシリンダ部２０ａと、このシリンダ部２０ａ内の下部に軸線ｍ方向へ摺動自在に支持され、その軸芯部に軸線ｍ方向へ貫通する貫通孔２１ａを有するピストン部材２１と、このピストン部材２１の貫通孔２１ａ内に摺動自在に支持されたシャフト状の的部材２３と、上記ピストン部材２１をシリンダ部２０ａに対しシールするＯリング２２と、上記ピストン部材２１の下端部に設けられた略四角柱状の空間部２１ｂの下端に取り付けられ、上記的部材２３の下面と当接した際の衝撃により発核する椀状の発核部２４と、シリンダ部２０ａ内の上部（ピストン部材２１よりも上方）に軸線ｍ方向へ摺動自在に支持され、下端を上記的部材２３の上面に対し当接させた際に発核部２４に衝撃を付与して蓄熱材Ｘを発核させるハンマ２５と、このハンマ２５と外枠２０の底面（図２では上面）との間に縮装され、ハンマ２５を下方（的部材２３側）に付勢する付勢スプリング２５ａとを備えている。上記的部材２３は、発核部２４の上面に当接した状態で保持されている。そして、的部材２３の下面は蓄熱材収容容器１４内の蓄熱材Ｘと接触しており、図３に示すように、固相から液相に相変化した蓄熱材Ｘがシリンダブロック１１からの熱を受けて体積増加した際にピストン部材２１が的部材２３と共に上方へ移動して当接状態にあるハンマ２５を付勢スプリング２５ａの付勢力に抗して待機位置（図３に示す位置）まで移動させるようになっている。一方、液相状態にある蓄熱材Ｘの温度が低下して体積減少した際にピストン部材２１が的部材２３と共に下方へ移動してハンマ２５との間隔を確保するようになっている。

また、発核装置２は、ハンマ２５を待機位置に拘束しておくロック機構２６を備えている。このロック機構２６は、ハンマ２５を下方へ付勢する上記付勢スプリング２５ａと、待機位置（図２および図３に示す位置）にあるハンマ２５の小径な肩部２５ｂと対応するシリンダ部２０ａの対応位置を軸線ｍと直行する半径方向に貫通する貫通孔２０ｂ内に滑動自在に支持され、ハンマ２５の待機位置においてハンマ２５の肩部２５ｂに対し係合する半径方向内方の係合位置（図２および図３に示す位置）とハンマ２５の肩部２５ｂに対する係合を解除する半径方向外方の解除位置とに滑動するロックボール２６ａと、外枠２０とシリンダ部２０ａとの間において上側および下側の一対の付勢スプリング２６ｂ，２６ｂの付勢力により軸線ｍ方向に移動可能な状態で均衡して保持され、内燃機関１の始動時に発する振動により上記各付勢スプリング２６ｂによる均衡状態（図２および図３に示す位置）から離脱して内燃機関１に対し相対的に揺動する略円筒形状の振動子２６ｃとを備えている。この振動子２６ｃの内周面の軸線方向略中央位置には、上記各付勢スプリング２６ｂ，２６ｂによる均衡位置で上記ロックボール２６ａを押さえるように軸線ｍと直行する半径方向内方に突出する突起２６ｄが設けられ、この突起２６ｄは、シリンダ部２０ａの外周面上を摺動するようになっている。また、上記振動子２６ｃは、均衡位置に位置しているときに上記ロックボール２６ａを突起２６ｄとの当接により係合位置に位置付けてハンマ２５を待機位置に拘束している一方、内燃機関１の始動時に発する振動により均衡位置から離脱したときに上記突起２６ｄとの当接を解除して上記ロックボール２６ａを解除位置に滑動させることによってハンマ２５の待機位置での拘束を解除するようになっている。また、上記振動子２６ｃの突起２６ｄの上側および下側には、ロックボール２６ａの解除位置への滑動を許容する解除部２６ｅ，２６ｅがそれぞれ設けられている。

上記発核部２４は、ハンマ２５側に膨出する椀状を呈し、この発核部２４の反ハンマ２５側面（図２では下面）に、内部に蓄熱材Ｘの結晶体を封入した複数の亀裂が設けられている。そして、図４に示すように、内燃機関１の始動時に発する振動により発核装置２が稼動する。具体的には、内燃機関１の始動時に発する振動により振動子２６ｃが均衡位置から離脱してロックボール２６ａが解除位置に滑動すると、待機位置から解放されたハンマ２５が下方へ移動して的部材２３を介して発核部２４に当接するように発核装置２が稼働する。このハンマ２５の当接により、発核部２４裏面（下面）の亀裂が開いて亀裂内部に残留する蓄熱材Ｘの結晶体が蓄熱材Ｘに直に接触して蓄熱材Ｘの分子が結晶体に引きつけられたり、亀裂内の金属新生面上の電子が電気的なエネルギーとなって蓄熱材Ｘの分子間の不安定なバランスを破壊する電気的な刺激を付与して金属新生面に対し蓄熱材Ｘの分子が引き寄せられて結晶化が開始された結晶に次々と分子が引きつけられることによって、蓄熱材Ｘが発核する。この場合、発核装置２は、内燃機関１の始動時に発する振動によりロック機構２６によるハンマ２５の待機位置での拘束を解除し易い向き、つまり内燃機関１の始動時に発する振動により振動子２６ｃが均衡位置から離脱し易い向きとなるように、軸線ｍを略上下方向に延ばして取り付けられている。

したがって、上記実施例１では、内燃機関１の始動時に発する振動により振動子２６ｃが均衡位置から離脱してハンマ２５の肩部２５ｂに対し係合する係合位置からロックボール２６ａが解除位置まで滑動すると、ハンマ２５が待機位置から進出移動して的部材２３に当接し、そのハンマ２５の当接により発核部２４裏面の亀裂が開いて亀裂内部に残留する蓄熱材Ｘの結晶体が蓄熱材Ｘに直に接触して蓄熱材Ｘの分子が結晶体に引きつけられること、または亀裂内の金属新生面が蓄熱材Ｘに直に触れた際に金属新生面上の電子が電気的なエネルギーとなって蓄熱材Ｘの分子間の不安定なバランスを破壊する電気的な刺激を付与することで亀裂内の金属新生面に対し蓄熱材Ｘの分子が引き寄せられて結晶化が開始された結晶に次々と分子が引きつけられることによって蓄熱材Ｘを発核させる発核装置２が蓄熱材Ｘを収容する蓄熱材収容容器１４の内部に設けられているので、過冷却状態にある蓄熱材に外部から差し込んだ電極に対し電圧を印加して蓄熱材の相変化を促していたもののように、蓄熱材を収容する蓄熱材収容容器に電極を差し込むための貫通口や、その電極に電圧を印加するための電気回路などが不要となり、蓄熱材収容容器１４に貫通口を加工する加工作業や貫通口周囲のシールも不要となって、安価で簡単な構成の暖機装置１を提供することができる。

しかも、ハンマ２５は、固相から液相に相変化した蓄熱材Ｘがシリンダブロック１１からの熱を受けて体積増加することを利用したピストン部材２１の上方移動により待機位置まで後退移動し、液相状態にある蓄熱材Ｘの温度が低下して体積減少した際にもロック機構２６により待機位置に拘束されているので、的部材２３との当接により発核部２４を発核させて発核装置２を稼動させる的部材２３との当接位置まで下方に進出移動させたハンマ２５が、別途部材を用いることなく蓄熱材Ｘの相変化とシリンダブロック１１からの熱を利用して発核装置２の稼動に備えた待機位置で待機することになり、非常に安価で効率の高い発核装置２を提供することができる。

次に、本発明の実施例２を図５に基づいて説明する。

この実施例２では、発核装置の構成を一部変更している。なお、発核装置の一部を除くその他の構成は上記実施例１の場合と同じであり、同一部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

すなわち、図５に示すように、発核装置３は、シリンダ部２０ａの上部をウォータジャケット１３内に露呈させた状態で蓄熱材収容容器１４内に跨るようにシリンダ部２０ａの軸線ｍ方向略中央部付近に取り付けられている。この発核装置３は、外枠が切除されてシリンダ部２０ａが冷却水と接触しており、このシリンダ部２０ａの上端にはそのシリンダ部２０ａの外径よりも大径な円盤状の板材２０ｃが一体的に取り付けられている。

また、シリンダ部２０ａ上端の板材２０ｃおよびハンマ２５には、それぞれの軸芯を軸線ｍ方向に貫通する貫通孔２０ｄ，２５ｃが設けられ、ウォータジャケット１３内の冷却水によってハンマ２５の軸線方向への進退移動が阻害されることなくスムーズに行えるようになっている。この場合、振動子２６ｃは、シリンダ部２０ａ上端の板材２０ｃと蓄熱材収容容器１４の上面との間において上側および下側の一対の付勢スプリング２６ｂ，２６ｂの付勢力により軸線ｍ方向に移動可能な状態で均衡して保持され、内燃機関１の始動時に発する振動により上記各付勢スプリング２６ｂによる均衡状態（図５に示す位置）から離脱して内燃機関１に対し相対的に揺動するようになっている。

したがって、上記実施例２では、内燃機関１の始動時に発する振動により振動子２６ｃが均衡位置から離脱してハンマ２５の肩部２５ｂに対し係合する係合位置からロックボール２６ａが解除位置まで滑動すると、ハンマ２５が冷却水による悪影響を受けることなく待機位置からスムーズに進出移動して的部材２３に当接し、その際に発核部２４裏面の亀裂が開いて亀裂内部に残留する蓄熱材Ｘの結晶体が蓄熱材Ｘに直に接触して蓄熱材Ｘの分子が結晶体に引きつけられること、または亀裂内の金属新生面が蓄熱材Ｘに直に触れた際に金属新生面上の電子が電気的なエネルギーとなって蓄熱材Ｘの分子間の不安定なバランスを破壊する電気的な刺激を付与することで亀裂内の金属新生面に対し蓄熱材Ｘの分子が引き寄せられて結晶化が開始された結晶に次々と分子が引きつけられることによって蓄熱材Ｘを発核させる発核装置３が蓄熱材収容容器１４内に下部（発核部２４側）が埋設された状態で設けられているので、過冷却状態にある蓄熱材に外部から差し込んだ電極に対し電圧を印加して蓄熱材の相変化を促していたもののように、蓄熱材を収容する蓄熱材収容容器に電極を差し込むための貫通口や、その電極に電圧を印加するための電気回路などが不要となり、安価で簡単な構成の暖機装置１を提供することができる。

次に、本発明の実施例３を図６に基づいて説明する。

この実施例３では、ピストン部材および的部材を変更している。なお、ピストン部材および的部材を除くその他の構成は上記実施例１の場合と同じであり、同一部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

すなわち、図６に示すように、シリンダ部２０ａ内の下部にはピストン部材４３が摺動自在に支持されている。このピストン部材４３の軸芯部には、軸線ｍ方向へ貫通する貫通孔４３ａが設けられている。また、ピストン部材４３の貫通孔４３ａ内には、シャフト状の的部材４１が摺動自在に支持されている。この的部材４１の上面には、シリンダ部２０ａ内に摺動自在に支持された有底円筒形状の冠覆部材４２が冠覆されている。また、的部材４１上端の大径な大径部４１ａとピストン部材４３の上面との間には、的部材４１をピストン部材４３に対し上方へ付勢する付勢スプリング４４が縮装されている。そして、この付勢スプリング４４によって、的部材４１と発核部２４の上面との間にギャップＢが確保されるとともに、的部材４１上端の大径部４１ａを介して押し上げられた冠覆部材４２の下端とピストン部材４３の上面との間にギャップＡが確保されるようになっている。この場合、ギャップＡはギャップＢよりも小さく（Ａ＜Ｂ）なるように設定されている。

そして、蓄熱材Ｘが固相から液相に相変化した後にシリンダブロック１１からの熱を受けた際に体積が増加（例えば１０％程度増加）することを利用してピストン部材２１が上方移動する際、冠覆部材４２の下面が付勢スプリング４４の付勢力に抗してピストン部材４３の上面に接触してギャップＡをなくし（Ａ＝０）、このとき的部材４１が下方へ移動して発核部２４とのギャップＢを狭めた状態で、ハンマ２５を待機位置まで後退移動させ、この待機位置でロック機構２６によりハンマ２５が拘束されるようになっている。したがって、亀裂内の固相蓄熱材が不用意に放出されることがない。そして、内燃機関１の始動時に発する振動により発核装置２が稼働する。具体的には、内燃機関１の始動時に発する振動により振動子２６ｃが均衡位置から離脱してロックボール２６ａが解除位置に滑動すると、待機位置から解放されたハンマ２５が下方へ移動して冠覆部材４２に当接し、その際の衝撃で的部材２３が付勢スプリング４４の付勢力に抗して発核部２４に当接して発核装置２が稼働する。これによって、発核部２４の裏面（下面）の亀裂が開いて亀裂内部に残留する蓄熱材Ｘの結晶体が蓄熱材Ｘに直に接触して蓄熱材Ｘの分子が結晶体に引きつけられたり、亀裂内の金属新生面上の電子が電気的なエネルギーとなって蓄熱材Ｘの分子間の不安定なバランスを破壊する電気的な刺激を付与して金属新生面に対し蓄熱材Ｘの分子が引き寄せられて結晶化が開始された結晶に次々と分子が引きつけられることによって、蓄熱材Ｘが発核する。

したがって、上記実施例３では、ハンマ２５は、蓄熱材Ｘが固相から液相に相変化した後にシリンダブロック１１からの熱を受けて体積が増加することを利用してピストン部材２１が上方移動する際に冠覆部材４２を介して待機位置まで後退移動し、液相状態にある蓄熱材Ｘの温度が低下して体積減少した際にもロック機構２６により待機位置に拘束されているので、的部材２３との当接により発核部２４に衝撃を付与する的部材２３との当接位置まで下方に進出移動させたハンマ２５が、別途部材を用いることなくシリンダブロック１１の熱を利用して蓄熱材Ｘを相変化させることによって発核装置２の稼動に備えた待機位置で待機することになり、非常に安価で効率の高い発核装置２を同様に提供することができる。

次に、本発明の実施例４を図７に基づいて説明する。

この実施例４では、発核装置の構成の一部を変更している。なお、発核装置の一部を除くその他の構成は上記実施例１の場合と同じであり、同一部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

すなわち、図７に示すように、発核装置５は、枠体２０内の下部に軸線ｍ方向へ摺動自在に支持され、その軸芯部に軸線ｍ方向へ貫通する貫通孔５１ａを有するピストン部材５１と、このピストン部材５１の貫通孔５１ａ内に摺動自在に支持された円筒形状の的部材５３と、上記ピストン部材５１および的部材５３を外枠２０内の上部に対しシールするゴム製のシール材５２と、上記ピストン部材５１にアーム５１ｂを介して取り付けられ、上記的部材５３の下面との当接により蓄熱材Ｘを発核させる発核部５４と、外枠２０内の上部（シール部材５２により蓄熱材Ｘからシールされた部位）に取り付けられた小径な円筒部材５９の内部に軸線ｍ方向へ摺動自在に支持され、下端を上記的部材５３の上面に対し当接させるハンマ５５と、このハンマ５５と外枠２０の底面（図７では上面）との間に縮装され、ハンマ５５を下方（的部材５３側）に付勢する付勢スプリング５５ａと、ハンマ５５を待機位置に拘束しておくロック機構２６とを備えている。そして、ピストン部材５１および的部材５３は蓄熱材収容容器１４内の蓄熱材Ｘと接触しており、液相状態にある蓄熱材Ｘがシリンダブロック１１からの熱を受けて体積膨張した際にピストン部材５１が上方へ移動するとともに、的部材５３がピストン部材５１の貫通孔５１ａ内を上方へ移動して当接状態にあるハンマ５５を付勢スプリング５５ａの付勢力に抗して待機位置（図７に示す位置）まで移動させるようになっている。一方、液相状態にある蓄熱材Ｘの温度が低下して体積が減少（例えば２〜３％程度収縮）した際にピストン部材５１が下方へ移動するとともに、的部材５３が自重によりピストン部材５１の貫通孔５１ａ内を下方へ移動してハンマ５５との間隔を確保するようになっている。

上記発核部５４は、ハンマ５５側に膨出する椀状を呈し、この発核部５４の反ハンマ５５側面（図７では下面）に、内部に蓄熱材Ｘの結晶体を封入した複数の亀裂が設けられている。そして、内燃機関１の始動時に発する振動により発核装置５が稼働する。具体的には、内燃機関１の始動時に発する振動によりロック機構２６の振動子２６ｃが均衡位置から離脱してロックボール２６ａが解除位置に滑動すると、待機位置から解放されたハンマ５５が下方へ移動して的部材５３を介して発核部５４に当接するように発核装置５が稼働する。このハンマ５５が的部材５３を介して発核部５４に当接した際に発核部５４裏面（下面）の亀裂が開いて亀裂内部に残留する蓄熱材Ｘの結晶体が蓄熱材Ｘに直に接触して蓄熱材Ｘの分子が結晶体に引きつけられたり、亀裂内の金属新生面上の電子が電気的なエネルギーとなって蓄熱材Ｘの分子間の不安定なバランスを破壊する電気的な刺激を付与して金属新生面に対し蓄熱材Ｘの分子が引き寄せられて結晶化が開始された結晶に次々と分子が引きつけられることによって、蓄熱材Ｘが発核する。この場合、発核装置５は、内燃機関１の始動時に発する振動によりロック機構２６によるハンマ５５の待機位置での拘束を解除し易い向き、つまり内燃機関１の始動時に発する振動によりロック機構２６の振動子２６ｃが均衡位置から離脱し易い向きとなるように、軸線ｍを略上下方向に延ばして取り付けられている。

したがって、上記実施例４では、内燃機関１の始動時に発する振動により振動子２６ｃが均衡位置から離脱してハンマ５５の肩部５５ｂに対し係合する係合位置からロックボール２６ａが解除位置まで滑動すると、ハンマ５５が待機位置から進出移動して的部材５３に当接し、その際に発核部５４裏面の亀裂が開いて亀裂内部に残留する蓄熱材Ｘの結晶体が蓄熱材Ｘに直に接触して蓄熱材Ｘの分子が結晶体に引きつけられること、または亀裂内の金属新生面が蓄熱材Ｘに直に触れた際に金属新生面上の電子が電気的なエネルギーとなって蓄熱材Ｘの分子間の不安定なバランスを破壊する電気的な刺激を付与することで亀裂内の金属新生面に対し蓄熱材Ｘの分子が引き寄せられて結晶化が開始された結晶に次々と分子が引きつけられることによって蓄熱材Ｘを発核させる発核装置５が蓄熱材Ｘを収容する蓄熱材収容容器１４の内部に設けられているので、過冷却状態にある蓄熱材に外部から差し込んだ電極に対し電圧を印加して蓄熱材の相変化を促していたもののように、蓄熱材を収容する蓄熱材収容容器に電極を差し込むための貫通口や、その電極に電圧を印加するための電気回路などが不要となり、蓄熱材収容容器１４に貫通口を加工する加工作業や貫通口周囲のシールも不要となって、安価で簡単な構成の暖機装置１を提供することができる。

しかも、ハンマ５５は、固相から液相に相変化した蓄熱材Ｘがシリンダブロック１１からの熱を受けて体積増加することを利用して上方へ移動するピストン部材５１および的部材５３によって待機位置まで後退移動し、液相状態にある蓄熱材Ｘの温度が低下して体積減少した際にもロック機構２６により待機位置に拘束されているので、的部材５３との当接により発核部５４を発核させて発核装置５を稼動させる的部材５３との当接位置まで下方に進出移動させたハンマ５５が、別途部材を用いることなく蓄熱材の相変化とシリンダブロック１１からの熱の利用によって発核装置５の稼動に備えた待機位置まで後退移動することになり、非常に安価で効率の高い発核装置５を提供することができる。

次に、本発明の実施例５を図８および図９に基づいて説明する。

この実施例５では、発核装置の構成の一部を変更している。なお、発核装置の一部を除くその他の構成は上記実施例１の場合と同じであり、同一部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

すなわち、図８に示すように、発核装置６は、シリンダ部２０ａの上部をウォータジャケット１３内に露呈させた状態で蓄熱材収容容器１４内に跨るようにシリンダ部２０ａに取り付けられている。この発核装置６は、シリンダ部２０ａの外表面の上部が冷却水と接触している一方、シリンダ部２０ａの外表面の下部が蓄熱材Ｘと接触しており、このシリンダ部２０ａの下端にはそのシリンダ部２０ａの外径よりも大径な円盤状の板材２０ｃが一体的に取り付けられている。

また、発核装置６は、ハンマ６１を待機位置に拘束しておくロック機構６２を備えている。このロック機構６２は、ハンマ６１よりも上側のシリンダ部２０ａ内に設けられ、内部で圧縮された空気によりハンマ６１を下方へ付勢する空気室としての空気袋６３と、待機位置（図８に示す位置）にあるハンマ６１の小径な肩部６１ａと対応するシリンダ部２０ａの対応位置を軸線ｍと直行する半径方向に貫通する貫通孔２０ｂ内に滑動自在に支持され、ハンマ２５の待機位置においてハンマ６１の肩部６１ａに対し係合する半径方向内方の係合位置（図８に示す位置）とハンマ６１の肩部６１ａに対する係合を解除する半径方向外方の解除位置とに滑動するロックボール２６ａと、振動子２６ｃとを備えている。この振動子２６ｃは、シリンダ部２０ａ下端の板材２０ｃと蓄熱材収容容器１４の下面との間において上側および下側の一対の付勢スプリング２６ｂ，２６ｂの付勢力により軸線ｍ方向に移動可能な状態で均衡して保持され、内燃機関１の始動時に発する振動により上記各付勢スプリング２６ｂによる均衡状態（図８に示す位置）から離脱して内燃機関１に対し相対的に揺動するようになっている。

そして、発核部６４は、ハンマ６１側に膨出する椀状を呈し、この発核部６４の反ハンマ６１側面（図８では下面）に、内部に蓄熱材Ｘの結晶体を封入した複数の亀裂が設けられている。この発核部６４は、取付台６５上に取り付けられ、その取付台６５を軸線ｍ方向に貫通する複数の貫通孔６５ａ，６５ａ，…を介して蓄熱材収容容器１４内の蓄熱材Ｘとの接触および流通を可能としている。そして、図９に示すように、内燃機関１の始動時に発する振動により発核装置６が稼動する。具体的には、内燃機関１の始動時に発する振動により振動子２６ｃが均衡位置から離脱してロックボール２６ａが解除位置に滑動すると、待機位置から解放されたハンマ６１が下方へ移動して発核部６４に当接するように発核装置６が稼働する。このハンマ６１の当接により、発核部６４裏面（下面）の亀裂が開いて亀裂内部に残留する蓄熱材Ｘの結晶体が蓄熱材Ｘに直に接触して蓄熱材Ｘの分子が結晶体に引きつけられたり、発核部６４裏面の亀裂が開いた際に金属新生面上の電子が電気的なエネルギーとなって蓄熱材Ｘの分子間の不安定なバランスを破壊する電気的な刺激を付与して金属新生面に対し蓄熱材Ｘの分子が引き寄せられて結晶化が開始された結晶に次々と分子が引きつけられることによって、蓄熱材Ｘが発核する。この場合、発核装置６は、内燃機関１の始動時に発する振動によりロック機構６２によるハンマ６１の待機位置での拘束を解除し易い向き、つまり内燃機関１の始動時に発する振動により振動子２６ｃが均衡位置から離脱し易い向きとなるように、軸線ｍを略上下方向に延ばして取り付けられている。

また、ハンマ６１は、固相から液相に相変化した蓄熱材Ｘがシリンダブロック１１からの熱を受けて体積増加した際に取付台６５の貫通孔６５ａ，６５ａ，…を介して流入する蓄熱材Ｘにより空気袋６３の内部の空気の付勢力に抗して上方へ移動し、ロック機構６２により待機位置に保持されるようになっている。この場合、空気袋６３の内部の空気は、その空気袋６３の内部に密閉され、蓄熱材Ｘの体積増加によるハンマ６１の上方への移動に伴い圧縮されて、ハンマ６１を下方へ付勢するようになっている。

したがって、上記実施例５では、内燃機関１の始動時に発する振動により振動子２６ｃが均衡位置から離脱してハンマ６１の肩部６１ａに対し係合する係合位置からロックボール２６ａが解除位置まで滑動すると、ハンマ６１が待機位置から進出移動して発核部６４の表面に当接し、そのハンマ６１の当接により発核部６４裏面の亀裂が開いて亀裂内部に残留する蓄熱材Ｘの結晶体が蓄熱材Ｘに直に接触して蓄熱材Ｘの分子が結晶体に引きつけられること、または亀裂内の金属新生面が蓄熱材Ｘに直に触れた際に金属新生面上の電子が電気的なエネルギーとなって蓄熱材Ｘの分子間の不安定なバランスを破壊する電気的な刺激を付与することで亀裂内の金属新生面に対し蓄熱材Ｘの分子が引き寄せられて結晶化が開始された結晶に次々と分子が引きつけられることによって蓄熱材Ｘを発核させる発核装置６が蓄熱材Ｘを収容する蓄熱材収容容器１４の内部に設けられているので、過冷却状態にある蓄熱材に外部から差し込んだ電極に対し電圧を印加して蓄熱材の相変化を促していたもののように、蓄熱材を収容する蓄熱材収容容器に電極を差し込むための貫通口や、その電極に電圧を印加するための電気回路などが不要となり、蓄熱材収容容器１４に貫通口を加工する加工作業や貫通口周囲のシールも不要となって、安価で簡単な構成の暖機装置１を提供することができる。

しかも、ハンマ６１は、固相から液相に相変化した蓄熱材Ｘがシリンダブロック１１からの熱を受けて体積増加することを利用した上方移動により待機位置まで後退移動し、液相状態にある蓄熱材Ｘの温度が低下して体積減少した際にもロック機構６２により待機位置に拘束されているので、発核部６４との当接により発核装置６を稼動させる当接位置まで下方に進出移動させたハンマ６１が、別途部材を用いることなく蓄熱材Ｘの相変化とシリンダブロック１１からの熱を利用して発核装置６の稼動に備えた待機位置で待機することになり、非常に安価で効率の高い発核装置６を提供することができる。

なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施例１ないし５では、ハンマ２５，５５を的部材２３，５３に当接させた際、またはハンマ６１を発核部６４に当接させた際に、発核部２４，５４，６４裏面の亀裂内部に残留する蓄熱材Ｘの結晶体を蓄熱材Ｘに直に接触して蓄熱材Ｘの分子が結晶体に引きつけられたり、亀裂内の金属新生面が蓄熱材Ｘに直に触れた際に金属新生面上の電子が電気的なエネルギーとなって蓄熱材Ｘの分子間の不安定なバランスを破壊する電気的な刺激を付与することで金属新生面に対し蓄熱材Ｘの分子が引き寄せられて結晶化が開始された結晶に次々と分子が引きつけられることによって蓄熱材Ｘを発核させるようにしたが、蓄熱材を発核させるメカニズムはこれに限られるものではなく、例えば内燃機関の始動時に発する振動により棒状のシャフト部材を進出移動させ、その進出移動時に扱き部材によりシャフト部材の表面を扱いてシャフト部表面の金属新生面を蓄熱材に直に接触させた際にその扱かれたシャフト部材表面の金属新生面に対し極性を有する蓄熱材の分子が引き寄せられ、そのときの慣性で通常の安定状態より分子同士が過密となって結晶化が開始され、この結晶に次々と分子が引きつけられることによって過冷却状態の蓄熱材を発核させるようにしてもよく、その他種々のメカニズムを用いて蓄熱材を発核させるようにしてもよいのはもちろんである。

また、上記各実施例では、蓄熱材収容容器１４をウォータジャケット１３内に配設した場合について述べたが、シリンダブロックに専用の収容室を形成し、その収容室に蓄熱材収容容器が配設されるようにしてもよい。

更に、上記実施例５では、ハンマ６１を下方へ付勢するように内部に空気が充填された空気袋６３を空気室として用いたが、ハンマよりも上側のシリンダ部内に、内部に空気が密閉された銅製のべローズよりなる空気室が構成されていてもよい。

本発明の実施例１に係わる暖機装置を備えた内燃機関をクランクシャフト方向から見た断面図である。同じく発核に備えた待機状態を示す暖機装置の発核装置の断面図である。同じく発核後に蓄熱材の体積膨張してロック機構により待機位置に拘束されたハンマの待機状態を示す暖機装置の発核装置の断面図である。同じくエンジン始動直後にロック機構によるハンマの解除がなされた発核状態を示す暖機装置の発核装置の断面図である。本発明の実施例２に係わる暖機装置の発核装置の断面図である。本発明の実施例３に係わる暖機装置の発核装置の断面図である。本発明の実施例４に係わる暖機装置の発核装置の断面図である。本発明の実施例５に係わる発核に備えた待機状態を示す暖機装置の発核装置の断面図である。同じくエンジン始動直後にロック機構によるハンマの解除がなされた発核状態を示す暖機装置の発核装置の断面図である。

符号の説明

１内燃機関
１４蓄熱材収容容器
２発核装置
２３的部材
２４発核部
２５ハンマ
２５ａ付勢スプリング
２６ロック機構
２６ａロックボール
２６ｃ振動子
２６ｄ突起
３発核装置
４１的部材
５発核装置
５４発核部
５５ハンマ
５５ａ付勢スプリング
６発核装置
６１ハンマ
６２ロック機構
６３空気袋（空気室）
６４発核部
Ｘ蓄熱材

Claims

内燃機関の内部に液相と固相とに相変化しかつ液相状態で高温になるに従い体積が増加する潜熱型の蓄熱材が収容されているとともに、
過冷却状態にある蓄熱材の相変化を促して放熱させるように稼動する発核装置が上記蓄熱材内に設けられており、
上記発核装置は、
過冷却状態にある蓄熱材を相変化させるように発核させる発核部と、
軸線方向に進退移動可能に支持されたハンマと、
上記ハンマが軸線方向一側に進出移動した際に当接して上記発核部に衝撃を付与して蓄熱材を発核させる的部材と、
上記ハンマを上記的部材に向かって進出移動させる軸線方向一側へ付勢する一方、固相から液相に相変化した蓄熱材が内燃機関の熱を受けて体積増加することを利用して上記ハンマを上記的部材から離間する軸線方向他側位置まで後退移動させる際に圧縮される付勢スプリングと、
液相状態にある蓄熱材の温度が低下して体積減少した際にも上記付勢スプリングを圧縮させた状態で上記ハンマを軸線方向他側位置において拘束するロック機構と
を備え、
上記ロック機構は、内燃機関の始動時に発する振動により解除され、上記ハンマを付勢スプリングの付勢力で的部材に当接させて上記発核部に衝撃を付与することにより上記発核装置を稼動させて過冷却状態の蓄熱材を相変化させるように発核させていることを特徴とする内燃機関の暖機装置。
内燃機関の内部に液相と固相とに相変化しかつ液相状態で高温になるに従い体積が増加する潜熱型の蓄熱材が収容されているとともに、
過冷却状態にある蓄熱材の相変化を促して放熱させるように稼動する発核装置が上記蓄熱材内に設けられており、
上記発核装置は、
過冷却状態にある蓄熱材を相変化させるように発核させる発核部と、
軸線方向に進退移動可能に支持され、軸線方向一側に進出移動した際に上記発核部に衝撃を付与するように当接して蓄熱材を発核させるハンマと、
内部で圧縮された空気により上記ハンマを上記発核部に向かって進出移動させる軸線方向一側へ付勢する一方、固相から液相に相変化した蓄熱材が内燃機関の熱を受けて体積増加することを利用して上記ハンマを上記発核部から離間する軸線方向他側位置まで後退移動させる際に内部で空気が圧縮される空気室と、
液相状態にある蓄熱材の温度が低下して体積減少した際にも上記空気室の内部の空気を圧縮させた状態で上記ハンマを軸線方向他側位置において拘束するロック機構と
を備え、
上記ロック機構は、内燃機関の始動時に発する振動により解除され、上記ハンマを上記空気室の内部で圧縮された空気の付勢力で上記発核部に当接させて衝撃を付与することにより上記発核装置を稼動させて過冷却状態の蓄熱材を相変化させるように発核させていることを特徴とする内燃機関の暖機装置。
請求項１または請求項２に記載の内燃機関の暖機装置において、
上記ロック機構は、上記ハンマの軸線方向と直交する半径方向外方においてその軸線方向に揺動自在に設けられ、かつ弾性体により均衡する均衡位置に保持された振動子を備え、
上記振動子は、内燃機関の始動時に発する振動により上記ハンマの軸線方向に揺動して均衡位置から離脱することによって、上記ハンマの軸線方向他側位置における拘束を解除するようになっていることを特徴とする内燃機関の暖機装置。
請求項３に記載の内燃機関の暖機装置において、
上記ロック機構は、上記ハンマの軸線方向と直行する半径方向に滑動可能に支持され、かつ上記ハンマの軸線方向他側位置において該ハンマに対し係合する半径方向内方の係合位置と上記ハンマに対する係合を解除する半径方向外方の解除位置とに滑動するロックボールを備え、
上記振動子は、上記ハンマの軸線方向と直行する半径方向内方に突出する突起を備え、均衡位置に位置しているときに上記ロックボールを上記突起との当接により係合位置に位置付けて上記ハンマを軸線方向他側位置に拘束している一方、内燃機関の始動時に発する振動により均衡位置から離脱したときに上記突起との当接を解除して上記ロックボールを解除位置に滑動させて上記ハンマの軸線方向他側位置での拘束を解除するようになっていることを特徴とする内燃機関の暖機装置。
請求項２に記載の内燃機関の暖機装置において、
上記空気室としては、空気を袋内に密閉してなる空気袋または銅製のべローズが適用されていることを特徴とする内燃機関の暖機装置。