JPS63280817A - エンジン冷却媒体の加熱・冷却装置 - 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） 本発明はヒートポンプによりエンジンの冷却水等の冷却
媒体を加熱又は冷却するエンジン冷却媒体の加熱・冷却
装置に関する。

（従来の技術） 車輌のエンジンは始動後裔滑油、冷却水等の温度が上昇
してエンジンが円滑に運転可能となるまでの間暖機運転
を行うことが必要である。特に、冬季、寒冷地等におい
ては前記エンジンの円滑な運転及び当該エンジンの耐久
性の向上を図る上で始動後十分に暖機運転を行うことが
必要不可欠である。

（発明が解決しようとする問題点） しかるに、冬季、寒冷時等においては暖機運転に長時間
を要するために潤滑油を介在する接触面の摩耗が激しく
なり、また、燃費が悪くなるばかりでなく排気ガス中の
有害成分が増加し、或いはラジエタのオーバクールに起
因してサーモスタットがハンチングを起こしエンジンの
冷却水の温度が不安定となったり゛、ヒータの効きが悪
くなる等の種々の問題がある。゛ 本発明は上述の問題点を解決するためになされたもので
、エンジンの冷却媒体が低温の時には発熱して当該冷却
媒体を加熱し、高温の時には当該冷却媒体を冷却するこ
とにより前記エンジンを円滑に運転させるようにしたエ
ンジン冷却媒体の加熱・冷却装置を提供することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明によれば、エンジン冷
却媒体の通路にヒートポンプシステムを配設し、低温の
冷却媒体の通過時には発熱して当該冷却媒体を加熱し、
高温の冷却媒体の通過時には吸熱して当該冷却媒体を冷
却する構成としたものである。

（作用） ヒートポンプシステムは、エンジンの冷却媒体の温度が
低温の時には発熱して当該冷却媒体を加熱する。これに
より特に寒冷時におけるエンジンの始動後の暖機運転時
間が短縮される。また、前記ヒートポンプは冷却媒体の
温度が高温の時には吸熱して当該冷却媒体を冷却する。

これにより前記エンジンのオーバヒートが防止される。

（実施例） 以下本発明の実施例を添付図面に基づいて詳述する。

第１図においてエンジンｌとラジェータ２とは冷却水の
通路３．４及び５により接続され、更に通路３と通路４
とは通路６により接続され、当該通路３と通路６との分
岐点にはサーモスタット７が配設されている。そして、
通路４の上流にはヒートポンプ８が設けられている。サ
ーモスタット７はエンジン１がらラジェータ２に流れる
冷却水の水流を調整する自動弁で、エンジンの暖機中は
通路３を閉弁し、冷却水温が上昇すると当該通路３を開
弁する。即ち、冷却水温度が低い時には通路３と６とを
連通させると共にラジェータ２への冷却水の流れを阻止
し、冷却水温度が高くなると通路６を閉塞してエンジン
１とラジェータ２とを連通ずる。

ヒートポンプ８は作動媒体の可逆反応に伴う吸熱・発熱
反応を利用するケミカルヒートポンプにより構成され、
通路４を流れる冷却水を加熱し、又は冷却するものであ
る。このヒートポンプ８は例えば、水素と、当該水素を
吸蔵する水素吸蔵合金部材とにより構成されている。水
素吸蔵合金部材は周知のように、水素ガスと一緒に低温
又は高圧雰囲気に置くと、水素化合物をつくる一方、そ
の水素化合物を高温又は低圧雰囲気に置（と、水素を吐
き出すという性質を有しており、更に、水素ガスを吸収
すると発熱し、放出すると周囲から一熱を奪う即ち、吸
熱する。このように、水素吸蔵合金部材は発熱・吸熱を
伴いながら水素ガスを自由に吸収・放出する。この水素
吸蔵合金部材を使用したケミカルヒートポンプは他のケ
ミカルヒートポンプに比して反応熱が大きく且つ反応速
度が速く、しかも、使用温度範囲が広い等の利点がある
。

以下に作用を説明する。

冬季又は寒冷地等においてエンジン１の温度即ち、冷却
水温度が低いときにはサーモスタット７は当該エンジン
１とラジェータ２七の間を閉塞し、且つ通路３と通路６
とを連通した状態となっている。かかる状態において、
エンジン１を始動すると、当８亥エンジン１によりウォ
タボンブ（図示せず）が作動し、これに伴い冷却水がエ
ンジンｌ−通路３→通路６→通路４→エンジン１の経路
で循環する。ヒートポンプ８は、通路４を流れる冷却水
の温度が低い時には水素吸蔵合金部材が水素を吸収して
発熱し、この発熱により当該通路４内を流れる冷却水を
加熱する。これにより前記経路で循環する冷却水の温度
上昇が促進され、エンジン１の暖機時間が短縮される。

エンジン１の暖機が促進されて冷却水の温度が上昇する
とサーモスタット７が作動して通路６を閉塞し、エンジ
ン１とラジェータ２とを連通ずる。

これに伴いエンジン１→通路３→ラジェータ２→通路５
→通路４→エンジンｌの経路で冷却水が循環し、暖機運
転が終了する。

また、車輌の走行時にエンジン１の冷却水温度が上昇す
ると、ラジェータ２内を流れる冷却水は当該ラジェータ
２により放熱されてその温度を低下される。一方、ヒー
トポンプ８は通路４内を流れる冷却水により水素吸蔵合
金部材が加熱されて水素ガスを放出して吸熱し、当該通
路４内の冷却水の熱を奪う。これにより当該冷却水の温
度が低下する。従って、ラジェータ２による冷却が不十
分な場合でもヒートポンプ８により冷却され、当該冷却
水のオーバヒートが防止される。また、サーモスタンド
７がラジェータ２によりオーバクールされた場合にも適
度に加熱されハンチングを防止される。

尚、当該ヒートンポンプ８を使用することにより、ラジ
ェータ、オイルクーラ等の小型化、又は廃止が可能とな
る。

第２図はヒートポンプを有効に利用するように構成した
もので、ヒートポンプシステム１０を作動温度の低い低
温用のヒートポンプ１１と、作動温度が高い高温用のヒ
ートポンプ１２及びこれらの各ヒートポンプ１１と１２
とを連通ずる通路１３とにより構成し、低温用のヒート
ポンプ１１を冷却水通路４に、高温用のヒートポンプ１
２を排気ガス通路１５に並設したバイパス通路１６に夫
々設け、且つ当該バイパス通路１６の上流に制御弁１７
を設けた構成としたものである。

エンジンｌの始動時に制御弁１７を開弁じておくと、排
気通路１５内を流れる排気ガスの一部がバイパス通路１
６を流れてヒートポンプ１２を加熱する。ヒートポンプ
１２は加熱されて温度が上昇すると水素吸蔵合金が水素
ガスを放出し、この放出された水素ガスは通路１３を経
てヒートポンプ１１に至り当該ヒートポンプ１１の水素
吸蔵合金部材により吸収される。この時に当該ヒートポ
ンプ１１が発熱して通路４内の冷却水を加熱し、エンジ
ン１の暖機を促進する。ヒートポンプ１１はこのエンジ
ン１の暖機運転時において多量の水素を吸収する。一方
、ヒートポンプ１１は多量の水素を放出する。そして、
エンジン１の暖機運転後適当な時期に制御弁１７を閉弁
する。

走行時に冷却水温度が異常に上昇した場合に制御弁１７
を閉弁すると、ヒートポンプ１２が自然冷却されてその
温度が低下し、水素吸蔵合金部材が通路１３を経てヒー
トポンプ１１から水素を吸収する。ヒートポンプ１１は
この水素を放出する際に吸熱して冷却水通路４内を流れ
る冷却水を冷却する。これによりエンジン１の始動時に
は冷却水を良好に加熱し、当該冷却水のオーバヒート時
には良好に冷却することが可能となる。

第３図はヒートポンプを更に効率良く利用して成績係数
をよ（ようにしたもので、ヒートポンプシステム２０を
作動温度の低い低温用のヒートポンプ２１と、作動温度
が高い高温用のヒートポンプ２２、作動温度がヒートポ
ンプ２１と２２との中間程度の中温用のヒートポンプ２
３及びヒートポンプ２１とヒートポンプ２２．２３とを
夫々連通する通路２４．２５とにより構成し、低温用の
ヒートポンプ２１を冷却水通路４に、高温用のヒートポ
ンプ２２と中温用のヒートポンプ２３とを排気ガス通路
１６に直列、且つ高温用のヒートポンプ２２を上流側に
設け、バイパス通路１６の上流に制御弁１７を設けた構
成としたものである。

ヒートポンプ２３はヒートポンプ２２の作動によりバイ
パス通路１６の排気ガスの温度が低下するために当該ヒ
ートポンプ２２の作動温度より低温で作動するようにし
ている。

エンジンの始動時に制御弁１７を開弁じておくと、排気
ガス通路１５内を流れる排気ガスの一部がバイパス通路
１６を流れてヒートポンプ２２．２３を加熱する。これ
らの各ヒートポンプ２２．２３は加熱されて温度が上昇
すると水素吸蔵合金が水素ガスを放出し、この放出され
た水素ガスは通路２４．２５を経てヒートポンプ２１に
至り当該ヒートポンプ２１の水素吸蔵合金部材により吸
収される。この時に当該ヒートポンプ２１が発熱して通
路４内の冷却水を加熱し、前記エンジンの暖機を促進す
る。ヒートポンプ２１はこのエンジンの暖機運転時にお
いて多量の水素を吸収する。

一方、ヒートポンプ２２．２３は多量の水素を放出する
。そして、前記エンジンの暖機運転後適当な時期に制御
弁１７を閉弁する。

走行時に冷却水温度が異常に上昇した場合に制御弁１７
を閉弁すると、ヒートポンプ２２．２３が自然冷却され
てその温度が低下し、水素吸蔵合金部材が通路２４．２
５を経てヒートポンプ２Ｉから水素を吸収する。ヒート
ポンプ２１はこの水素を放出する際に吸熱して冷却水通
路４内を流れる冷却水を冷却する。これによりエンジン
の始動時には冷却水をより良好に加熱し、当該冷却水の
オーバヒート時にはより良好に冷却することが可能とな
る。

また、第４図はターボチャージャを備えたエンジンの当
８亥ターボチャージャを保護するためのもので、ヒート
ポンプシステム３０は低温用のヒートポンプ３１と、高
温用のヒートポンプ３２と、これらの各ヒートポンプ３
１と３２とを連通ずる通路３３及び当該通路３３を開閉
する制御弁３４とにより構成され、低温用のヒートポン
プ３１は排気ガス通路１５に配置されたターボチャージ
ャ３５に設けられ、高温用のヒートポンプ３２は排気ガ
ス通路１５に並設されたバイパス通路１６に設けられ、
且つ当該バイパス通路１６の上流には制御弁１７が設け
られている。

エンジンの始動時に制御弁１７及び３４を開弁しておく
と、排気ガス通路１５内を流れる排気ガスの一部がバイ
パス通路１６を流れてヒートポンプ３４を加熱する。ヒ
ートポンプ３４は加熱されて温度が上昇すると水素吸蔵
合金が水素ガスを放出し、この放出された水素ガスは通
路３３を経てヒートポンプ３２に至り当該ヒートポンプ
３２の水素吸蔵合金部材により吸収される。この時にヒ
ートポンプ３２が発熱してターボチャージャ３５の冷却
液、潤滑オイル等を加熱する。これにより当該ターボチ
ャージャ３５が良好に作動可能とされる。ヒートポンプ
３１はこの時に多量の水素を吸収する。一方、ヒートポ
ンプ３２は多量の水素を放出する。そして、エンジンｌ
の暖機運転後適当な時期に制御弁１７及び３４を閉弁す
る。

走行時特に、エンジンを高負荷運転した時に急にキース
イッチを切るとターボチャージャ３５に潤滑オイルが供
給されなくなり、この結果、オイルスラッチを起こして
ターボチャージャが焼き付くことがある。そこで、キー
スイッチを切ると同時に制御弁３４を開弁させてヒート
ポンプ３１と３２とを連通ずる。ヒートポンプ３２は前
記制御弁１７を閉弁した後自然冷却されてその温度が低
下しており、水素吸蔵合金部材が通路３３を経てヒート
ポンプ３１から水素を吸収する。ヒートポンプ３１はこ
の水素を放出する際に吸熱してターボチャージャ３５の
冷却液、オイルを冷却する。

これによりターボチャージャ３５が急速に冷却されて前
記オイルスラッチを防止され、当該ターボチャージャ３
５が保護される。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、エンジンの冷却媒
体の通路にヒートポンプシステムを配設し、低温の冷却
媒体の通過時には発熱して当該冷却媒体を加熱し、高温
の冷却媒体の通過時には吸熱して当該冷却媒体を冷却す
るようにしたことにより、前記エンジンの暖機運転を促
進することができ、これに伴い燃費の向上、排気ガスに
含有される有害成分の低減を図ることが可能となると共
に、ヒータの効きが早くなり、潤滑油を介在する接触面
の摩耗の低減が図られる。また、オーバヒート、オーバ
クール等を防止することができ、安定した温度で冷却水
をエンジンに供給することができると共にラジェータ、
オイルクーラ等の小型化、廃止が可能となる。更に、機
械式のヒートポンプに比して作動温度の設定が自由であ
り、機械的駆動部が少なくメンテナンスが容易であり、
且つ騒音が小さくなる等の優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエンジン冷却媒体の加熱・冷却装
置の一実施例を示す構成図、第２図、第３図及び第４図
は本発明の他の実施例を示す構成図である。 １・・・エンジン、２・・・ラジェータ、７．１７．３
４・・・制御弁、８・・・ヒートポンプ、１０．２０．
３０・・・ヒートポンプシステム、１１．２１３１・・
・低温用ヒートポンプ、１２．２２．３２・・・高温用
ヒートポンプ、２３・・・中温用ヒートポンプ、３５・
・・ターボチャージ中。 出願人　　三菱自動車工業株式会社 代理人　　弁理士　　長　門　侃　二 第１図 第３図 第２図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　エンジン冷却媒体の通路にヒートポンプシステ
   ムを配設し、低温の冷却媒体の通過時には発熱して当該
   冷却媒体を加熱し、高温の冷却媒体の通過時には吸熱し
   て当該冷却媒体を冷却することを特徴とするエンジン冷
   却媒体の加熱・冷却装置。
2. （２）　前記ヒートポンプシステムは、ケミカルヒート
   ポンプにより構成され水素ガスと、水素吸蔵合金部材を
   備え、当該ヒートポンプシステムの雰囲気に応じて前記
   水素ガスを吸収又は放出して発熱又は吸熱することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のエンジン冷却媒体
   の加熱・冷却装置。