JP5789972B2

JP5789972B2 - エンジンの暖機装置

Info

Publication number: JP5789972B2
Application number: JP2010276568A
Authority: JP
Inventors: 智紀五味; 直也石川
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2030-12-13
Also published as: JP2012127195A

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。

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。

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。

特開２００５−１６４３５号公報

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。

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。

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と、前記循環回路に接続され、前記循環回路を循環する循環流体を冷却するラジエータと、前記循環回路に接続され、前記ラジエータをバイパスするバイパス管と、前記循環回路を循環する循環流体の温度が所定の温度以下のときに、循環流体を前記ラジエータへ流さずに前記バイパス管へ流すサーモスタットと、前記循環回路の途中に配設され、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と、を備え、前記循環回路は、前記ラジエータの循環流体入口と前記エンジンの循環流体出口とを繋ぐ第一配管と、前記エンジンの循環流体入口と前記ラジエータの循環流体出口とを繋ぐ第二配管とを有する。

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、前記水吸着材容器に組み込まれると共に、前記第一配管と前記バイパス管の接続部分よりも前流の前記第一配管と、前記第二配管と前記バイパス管の接続部分よりも後流の前記第二配管とを連通して、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、前記連通管の途中に配設された連通管開閉弁と、前記循環流体管の途中に配設された流体管開閉弁と、前記エンジンの始動から暖機が完了し且つ前記水吸着材容器内の水吸着材に吸着されていた水分が全量脱離すると想定される時間が経過したとき、前記連通管開閉弁及び前記流体管開閉弁を閉じる制御手段と、から構成される。

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及び前記流体管開閉弁を閉じ、且つ、前記エンジンの始動時に前記連通管開閉弁及び前記流体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。

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。

本発明の一実施形態に係るエンジンの暖機装置の概略図である。エンジン運転時（暖機完了状態）におけるエンジンの暖機装置の概略図である。エンジン停止時におけるエンジンの暖機装置の概略図である。エンジン始動後（暖機中）におけるエンジンの暖機装置の概略図である。本発明の他の実施形態に係るエンジンの暖機装置の概略図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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
１８ＥＣＵ（制御手段）

Claims

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と、
前記循環回路に接続され、前記循環回路を循環する循環流体を冷却するラジエータと、
前記循環回路に接続され、前記ラジエータをバイパスするバイパス管と、
前記循環回路を循環する循環流体の温度が所定の温度以下のときに、循環流体を前記ラジエータへ流さずに前記バイパス管へ流すサーモスタットと、
前記循環回路の途中に配設され、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と、を備え、
前記循環回路は、前記ラジエータの循環流体入口と前記エンジンの循環流体出口とを繋ぐ第一配管と、前記エンジンの循環流体入口と前記ラジエータの循環流体出口とを繋ぐ第二配管とを有し、
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、
前記水吸着材容器に組み込まれると共に、前記第一配管と前記バイパス管の接続部分よりも前流の前記第一配管と、前記第二配管と前記バイパス管の接続部分よりも後流の前記第二配管とを連通して、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、
前記連通管の途中に配設された連通管開閉弁と、
前記循環流体管の途中に配設された流体管開閉弁と、
前記エンジンの始動から暖機が完了し且つ前記水吸着材容器内の水吸着材に吸着されていた水分が全量脱離すると想定される時間が経過したとき、前記連通管開閉弁及び前記流体管開閉弁を閉じる制御手段と、から構成されることを特徴とするエンジンの暖機装置。
前記制御手段は、前記エンジンの停止時に前記連通管開閉弁及び前記流体管開閉弁を閉じ、且つ、前記エンジンの始動時に前記連通管開閉弁及び前記流体管開閉弁を開く請求項１に記載のエンジンの暖機装置。