JPS61252863A - エンジン吸気予熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はエンジン吸気予熱装置に関し、詳しくは、金属
水素化物が水素を吸蔵する際の発熱反応を利用して、例
えば、ディーゼルエンジン始動時にエンジンに供給され
る吸気を予熱し、エンジンを迅速に始動させることがで
きる装置に関する。

（従来の技術） 一般に寒冷地において、又は冬期早朝においては、気温
が氷点下まで冷えており、エンジンの始動に時間を要す
る。特に、ディーゼルエンジンは点火プラグを用いる火
花点火方式ではなく、シリンダー中で空気を圧縮比で１
６〜２４まで圧縮して６００〜８００℃まで温度を高め
、ここに燃料油を噴入して、着火燃焼させる圧縮点火方
式であるので、エンジンに供給する吸気を予め所定温度
まで予熱することが必要不可欠である。

このため、従来は、エンジンに供給する吸気をバッテリ
ーを電源とする電気ヒーターにて予熱しているが、その
ような方法ではエンジンの始動までに約３０秒も要する
。その原因としては次の二点が挙げられる。第一点は、
吸気を迅速に予熱するにはバッテリーの容量が十分でな
いことである。

従って、電気ヒーター自身を１５〜２０秒間加熱した後
に吸気を供給して、これを予熱するので、エンジン始動
に合計約３０秒品時間を要する。第二点は、マニホール
ドの放熱損失が大きいことである。従来、電気ヒーター
はマニホールドの吸気吸入口に取り付けられているが、
電気ヒーターで予熱した吸気は、マニホールド通過中に
温度が低下するので、エンジン始動までに一定の時間を
要するのである。

（発明の目的） 本発明は上記した問題を解決するためになされたもので
あって、寒冷地において、又は冬期早朝において、エン
ジン、特にディーゼルエンジンの始動時にエンジンに供
給される吸気を迅速に予熱し、始動を容易ならしめるエ
ンジン吸気予熱装置を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明によるエンジン吸気予熱装置は、（ａ）　　第１
の吸気吸入口及びエンジン気筒数と同数の吸気噴出口を
有し、これらの吸気噴出口がマニホールドのエンジン各
気筒への分岐管と各々対をなして連結されている吸気流
通路と、（ｂ）　　第１の金属水素化物を内蔵し、前記
吸気流通路内に吸気と熱交換可能に装着された吸気予熱
器と、 （ｃ１水素又は作動温度領域で前記第１の金属水素化物
よりも水素平衡圧の高い第２の金属水素化物を内蔵する
水素貯蔵容器と、 （ｄ）　　前記吸気予熱器と前記水素貯蔵容器とを水素
流通弁により連通可能に接続する連通管と、（ｅ）　　
吸気を遮断し得る機構を備えた第２の吸気吸入口を有す
るマニホールドとを備え、　　゛前記マニホールドに設
けられた第２の吸気吸入口を遮断すると共に、前記水素
流通弁を開けて、前記水素貯蔵容器から前記吸気予熱器
へ水素を移動させ、前記第１の金属水素化物にこの水素
を吸蔵させ、発熱させて、前記吸気流通路の第１の吸気
吸入口より流入する吸気を加熱して、これを前記マニホ
ールドのエンジン各気筒への分岐管よりエンジンに供給
する加熱工程と、この加熱工程の後、前記第２の吸気吸
入口を開けて吸気をエンジンに供給すると共に、前記第
１の金属水素化物を加熱して水素を放出させ、前記水素
貯蔵容器に移動させる準備工程とを行なうことを特徴と
する。

以下に実施例を示す図面に基づいて本発明を説明する。

第１図及び第２図は本発明によるエンジン吸気予熱装置
を示す概念図である。吸気流通路１は、その入口側に第
１の吸気吸入口２を有すると共に、出口側にエンジン１
１の気筒数と同数（本図では４気筒）の吸気噴出口３と
を有し、これらの吸気噴出口３は、それぞれマニホール
ド８のエンジン各気筒への分岐管９へ直接に連結されて
いる。

上記吸気流通路１には、この通路１を通過する吸気と熱
交換可能に、第１の金属水素化物（以下、Ｍ　Ｈ＋　と
称する。）を内蔵した吸気予熱器４が装着されており、
この吸気予熱器４には連通管５を介して水素貯蔵容器６
が接続されている。

水素貯蔵容器６には水素が充填され、又は作動温度領域
で水素平衡圧がＭＨ，よりも高い第２の金属水素化物（
以下、Ｍ　Ｈｚと称する。）が内蔵されており、連通管
５の有する水素流通弁７によって、後述するように加熱
工程及び準備工程を行なう間、吸気予熱器４に連通され
る。水素貯蔵容器６は車体の適宜位置に配設され、例え
ば、外気と熱交換され、又は車体と熱交換される。

マニホールドには第２の吸気吸入口１２が設けられ、こ
の吸気吸入口１２には、ここよりマニホールド８へ流入
する吸気を遮断する機構としての弁１０が設けられてい
る。

次に、本発明による吸気予熱装置の作動を説明する。第
３図は、水素貯蔵容器として水素を充填した容器を用い
た装置の作動を示すサイクル線図であり、横軸は絶対温
度Ｔの逆数を、縦軸は金属水素化物の水素平衡圧Ｐの対
数を示す。吸気予熱器が内蔵するＭＨ，は、その水素平
衡圧がエンジン始動時の吸気供給管内の所定の吸気予熱
温度Ｔｂにおいては、水素貯蔵容器内の水素圧Ｐよりも
低く、他方、後述するように、準備工程における所定の
温度Ｔａにおいては、水素貯蔵容器内の水素圧Ｐよりも
高くなるように選ばれる。

本発明によるエンジン吸気予熱装置は、加熱工程及び準
備工程を行なう。加熱工程を行なうには、マニホールド
８に設けられた第２の吸気吸入口１２の弁１０を閉じ、
吸気が吸気流通路１にある第１の吸気吸入口２から流入
するようにすると共に、水素流通弁７を開いて、水素貯
蔵容器内の水素を吸気予熱器に流入させる。これにより
ＭＨ，はこの水素を吸蔵して発熱し、この発熱反応を利
用して、吸気予熱器を加熱する。次に、この吸気予熱器
にて吸気を温度Ｔｂで加熱して、吸気流入路の吸気噴出
口３より、マニホールドの各気筒への分岐管９を通して
エンジンに供給し、エンジンを始動させる。この加熱工
程において、水素貯蔵容器中の水素圧ある程度低下する
。

このようにして、エンジンを始動させた後、前記マニホ
ールドの第２の吸気吸入口に設けられた弁１０を開けて
、マニホールド及び各分岐管を経て引続きエンジンに吸
気を供給すると共に、準備工程に移る。即ち、エンジン
の排熱にて、或いは吸気予熱器に設けたヒーターにて、
吸気予熱器を所定温度Ｔａに昇温すると、内蔵するＭＨ
，は温度Ｔａで吸熱的に水素を放出し、このとき、前記
したように、ＭＨ，の水素平衡圧は水素貯蔵器内の水素
圧Ｐよりも高いので、この水素は連通管を経て再び水素
貯蔵容器に戻り、水素貯蔵容器内の水素圧力は当初の圧
力に復帰する。尚、この際、吸気流通路ｌの第１の吸気
吸入口に弁（図示せず）を設け、準備工程中はこの弁を
閉じて、第１の吸気吸入口による吸気を遮断すれば、吸
気予熱器の温度はＴａ以下に下がりにくいので、準備工
程を円滑に且つ速やかに行なうことができるので好まし
い。この準備工程後に水素流通弁を閉じ、次回のエンジ
ン始動に備える。

第４図は作動温度領域で水素平衡圧がＭＨ，よりも高い
ＭＨ２を水素貯蔵容器に充填した装置の作動を示すサイ
クル線図である。エンジン始動時には、例えば大気温度
ＴｃにおいてＭＨ，の方がＭＨ，よりも水素平衡圧が高
く、一方、準備工程における吸気予熱器の温度Ｔａにお
いては、ＭＨ。

の方が外気温Ｔｂ付近のＭＨ，よりも水素平衡圧が高い
ように−選ばれる。

従って、加熱工程において、水素流通弁を開くと、水素
貯蔵容器内のＭＨ，は温度Ｔｃで大気から吸熱しつつ水
素を放出し、この水素を吸気予熱器内のＭＨ，が温度Ｔ
ｄで吸蔵し、発熱する。準備工程においては、前述した
ように、吸気予熱器を温度Ｔａに加熱すると、内蔵され
たＭ　Ｈ＋が水素を放出し、この水素は温度ＴｂでＭＨ
，に吸蔵される。この際のＭＨｆｆｉの発熱は、大気又
は車体に放散される。この後、水素流通弁を閉じて、次
回のエンジン始動に備える。加熱工程後、第２の吸気吸
入口よりマニホールド及び各分岐管を経てエンジンに吸
気を供給するのは前記と同じである。

（発明の効果） 以上のように、本発明の装置によれば、水素を吸蔵する
金属水素化物を利用して吸気を予熱するので、迅速に高
い温度まで吸気を予熱することができると共に、予熱さ
れた吸気を放熱損失の大きいマニホールドを通さずにエ
ンジンへ短絡的に供給するため熱の損失が少なくなり、
かくして、寒冷地や冬期早朝においてもエンジンの始動
を著しく容易にする。

（実施例） 以下に本発明の装置の実施例について説明する。

実施例１ 第３図に示す作動を行なう装置によって、ディーゼルエ
ンジンを始動した。吸気予熱器のＭＨ。

としてＬａＮ１ａ、　？＾１０．３を０．３　ｋｇ用い
、水素貯蔵容器の容積を８２とするとき、Ｔｂ＝６０℃
、Ｔａ−１５０℃の条件下では、Ｐｂ＝６気圧、Ｐａ＝
１０気圧である。

当初の大気温度が一２５℃であるとき、加熱工程におい
て、水素流通弁を開いてから５秒後には、吸気は２０℃
まで高められ、エンジン吸入口でも１５℃の温度を保つ
ので、エンジンを始動させることができた。また、準備
工程では、電気ヒーターにて、吸気予熱装置を１５０℃
まで加熱して、金属水素化物から水素を放出させた。

実施例２ 第４図に示す作動を行なう装置によってディーゼルエン
ジンを始動した。ＭＨ，とじてＴｉＣｏｏ、　ｓＭｎｏ
、　ｓを０．５ｋｇ、ＭＨ２としてＭｍＮ　ｉ　Ｓ（ミ
ツシュメタル）０．５ｋｇを用い、Ｔｃ＝−４５℃、Ｔ
ｂ＝−１０℃、Ｔｄ＝３０℃、Ｔａ−１５０℃の条件下
では、Ｐ　ｄ　＝　０．８気圧、Ｐａ＝６気圧である。

当初の大気温度が一２５℃であるとき、水素流通弁を開
いて７秒後には吸気が２０℃まで加熱され、エンジン吸
入口でも１５℃の温度を保つので、エンジンを始動させ
ることができた。準備工程については、実施例１と同じ
であった。

比較例１ 従来のディーゼルエンジンと同様に、マニホールドに接
続された吸気通路（図示せず）に、吸気予熱器として、
従来、一般に用いられている電気ヒーターを取り付けて
吸気を予熱し、ディーゼルエンジンを始動させた。先ず
、ヒーターに１５秒間通電し、ヒーターの温度を上昇さ
せた後、吸気を流し始めた。吸気は更に１０秒後には、
電気ヒーター付近で４５℃に高められ、エンジンを始動
させること゛ができた。しかし、上記のように電気ヒー
ター自体を昇温し、更にマニホールドの放熱損失を補う
まで吸気を加熱して、エンジンを始動させるまでに、合
計で２５秒を必要とした。また、吸気の温度は、電気ヒ
ーター付近で４５℃であるにかかわらず、マニホールド
を通過するときの放熱損失によって、エンジン吸入口で
は１５℃まで低下していた。

比較例２ 上記比較例１において電気ヒーターを取り付けたのと同
じ位置に、実施例１と同じ種類及び重量の金属水素化物
を利用した吸気予熱器を取り付けて加熱工程を行なった
。９秒後に吸気は吸気予熱器付近で４５℃まで加熱され
、エンジンを始動させることができたが、吸気はエンジ
ン吸入口で１５℃まで低下していた。

【図面の簡単な説明】

第１図体本発明によるエンジン吸気予熱装置の一実施例
を示す概念図、第２図は第１図に示す吸気予熱装置の要
部断面図、第３図及び第４図は本発明の装置の作動を示
すサイクル線図を示している。 １・・・吸気流通路、２・・・第１の吸気吸入口、３・
・・吸気噴出口、４・・・吸気予熱器、５・・・連通管
、６・・・水素貯蔵容器、７・・・水素流通弁、８・・
・マニホールド、９・・・マニホールドの各気筒への分
岐管、１０・・・弁、１１・・・エンジン、１２・・・
第２の吸気吸入口。 特許出願人　積水化学工業株式会社 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　（ａ）第１の吸気吸入口及びエンジン気筒数と
   同数の吸気噴出口を有し、これらの吸気噴出口がマニホ
   ールドのエンジン各気筒への分岐管と各々対をなして連
   結されている吸気流通路と、 （ｂ）第１の金属水素化物を内蔵し、前記吸気流通路内
   に吸気と熱交換可能に装着された吸気予熱器と、 （ｃ）水素又は作動温度領域で前記第１の金属水素化物
   よりも水素平衡圧の高い第２の金属水素化物を内蔵する
   水素貯蔵容器と、 （ｄ）前記吸気予熱器と前記水素貯蔵容器とを水素流通
   弁により連通可能に接続する連通管と、 （ｅ）吸気を遮断し得る機構を備えた第２の吸気吸入口
   を有するマニホールドとを備え、 前記マニホールドに設けられた第２の吸気吸入口を遮断
   すると共に、前記水素流通弁を開けて、前記水素貯蔵容
   器から前記吸気予熱器へ水素を移動させ、前記第１の金
   属水素化物にこの水素を吸蔵させ、発熱させて、前記吸
   気流通路の第１の吸気吸入口より流入する吸気を加熱し
   て、これを前記マニホールドのエンジン各気筒への分岐
   管よりエンジンに供給する加熱工程と、この加熱工程の
   後、前記第２の吸気吸入口を開いて吸気をエンジンに供
   給すると共に、前記第１の金属水素化物を加熱して水素
   を放出させ、前記水素貯蔵容器に移動させる準備工程と
   を行なうことを特徴とするエンジン吸気予熱装置。