蓄熱裝置以及發動機的製作方法

2023-10-10 06:00:44

專利名稱：蓄熱裝置以及發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及能夠有效地預熱發動機的蓄熱裝置。
技術背景發動機在預熱沒有結束的狀態下具有摩擦力較大等問題，所以要求盡 早使預熱完成。特別是，對於汽缸筒、活塞、曲軸等具有滑動部的結構要 素來說，為了實現高效的運轉而希望儘早使預熱完成。在通常的發動機中， 當缸內爆發(作功)開始時，將汽缸體、汽缸蓋等發動機結構要素以及在 形成於這些發動才幾結構要素的油路中循環的機油加熱，逐漸進行預熱。以 往，為了使這樣的發動機的預熱儘早結束，提出了在以包圍汽缸的方式形 成的蓄熱材料收納室內收納有在從過冷卻狀態開始進行相變化時發熱的蓄 熱劑的發動機的急速預熱裝置(專利文獻l)。該蓄熱劑具有以下的特性。 首先，由運轉中的發動機加熱，並蓄熱。此時，如果蓄熱劑的溫度為其熔 點以上，則蓄熱劑變為液相。然後，在發動機停止、發動機的溫度下降時， 蓄熱劑的溫度也下降。此時蓄熱劑即使變為熔點以下的溫度也不產生相變 化而保持為液相狀態，將所儲存的熱量作為潛熱維持。即，變為過冷卻狀 態。然後，在向該處於過冷卻狀態的蓄熱劑施加相變化的契機時， 一邊釋 放出所蓄積的熱量， 一邊產生從液相向固相的相變化。該釋放出的熱量被 用於發動機的預熱。結束了從液相向固相的相變化的蓄熱劑在由運轉中的 發動機加熱時，吸收發動機的燃燒熱等，再次蓄熱。在專利文獻l所記載 的發動機的急速預熱裝置中，將這樣的蓄熱劑收納在設置在汽缸的周圍的 蓄熱材料收納室內而實現發動機的預熱。另 一方面，通常在發動機上裝載有使冷卻水流通的水套等冷卻機構。這一點，在專利文獻l所記載的發動機的急速預熱裝置中，記載有這一情況在汽缸體的汽缸周圍形成有蓄熱材料收納室，通過收納在該蓄熱材料 收納室內的蓄熱劑的吸熱作用將汽缸體側冷卻。另外，記載有這一情況 通過在水套中流通的冷卻水的強制循環將汽缸蓋側冷卻。另外，在專利文 獻l中，公開了將水套設置在蓄熱材料收納室的上側的實施例。 專利文獻1:日本特開平11-182393號公報發明內容但是，上面所說明的專利文獻l所記載的發動機的急速預熱裝置，在再次相變化為液相時進行吸熱作用。這樣的吸熱作用從發動機汽缸體吸取 熱量，所以會有有損提早預熱的效率的可能。更具體地說，如發動機的高冷卻有效。但是，在預熱還沒有完全結束、發動機的燃燒熱等還未有助發 動機的預熱的定時，配置在汽缸的周圍的蓄熱劑從汽缸體吸取熱量、反而妨礙發動機的預熱。另外，在專利文獻l所記載的發動機的急速預熱裝置中，在汽缸與蓄熱劑之間不存在冷卻水，所以在需要進行發動機的高效的冷卻的情況下，不能得到適當的冷卻效果。因此，本發明的目的在於提供一種能夠達成發動機的提早預熱、並且 能夠得到發動機的高效的冷卻效果的蓄熱裝置。為了解決該目的，本發明的蓄熱裝置，其特徵在於，包括被收納在 以包圍汽缸筒壁的方式設置的水套內的容器；被封入該容器內的蓄熱劑； 和根據發動機的運轉狀況調節該容器與所述汽缸筒壁的間隔的間隔調整機 構。當這樣的間隔調整機構工作時，能夠使封入容器的蓄熱劑接觸到汽缸 筒壁，進而在適當的定時使蓄熱劑從汽缸筒壁離開，能夠高效地進行發動 機的提早預熱。另外，在發動機的高負荷高運轉時等這樣的預熱完成後處 於;f艮熱的運轉條件下時，使冷卻水在容器與汽缸筒壁之間流通，所以能夠確保適當的冷卻效果。在這裡，用於使間隔調整機構工作的參數可以設為 蓄熱劑或者冷卻水的溫度。另外，作為蓄熱劑，只要是能夠處於過冷卻狀態、在規定的成核條件 即用於使其從過冷卻狀態開始相變化的條件齊備時能夠釋放潛熱的物質即可採用。例如，可以採用三水合醋酸鈉(CH3COONa 3 (H20))。這樣的蓄熱裝置中的所述容器可以設為這樣的結構包含分別具有與 所述汽缸筒壁的外周形狀相對應的壁形狀的多個容器。收納本發明的容器 的水套形成為包圍汽缸筒壁。因此，如果是單缸發動機，則沿著與活塞相 對於汽缸的滑動方向垂直的方向所做的水套的剖面形狀為環狀。另外，如 果是串聯四缸發動機，則呈將四個環串聯連接的形狀。相對於這樣的形狀 的水套，通過將容器設為多個，能夠使相對於汽缸筒壁的離開、接近動作 變得容易。另外，通過將容器的壁形狀設為與汽缸筒壁的外周形狀相對應 的形狀，能夠使容器密合於汽缸筒壁，能夠實現高傳熱效率。容器的寬度 比水套的寬度、即從汽缸筒壁到汽缸體的外壁的距離小。通過設為這樣的 尺寸關係，能夠使得容器相對於汽缸筒壁密合、離開。多個容器可以設為 例如包括具有與所述汽缸筒壁的形狀相對應的壁形狀的第一容器以及第二 容器的結構。通過至少設為這樣的兩片構造，能夠使容器相對於汽缸筒壁 密合、離開。在這樣的蓄熱裝置中，可以設為這樣的結構所述間隔調整機構^L所 述容器所具有。通過設為間隔調整機構被容器具有的結構，蓄熱裝置的向 發動機的裝載、即向汽缸體的裝設變得容易。在這裡，這樣的容器可以設為這樣的結構包含分別具有與所述汽缸 筒壁的外周形狀相對應的壁形狀的多個容器。這樣的多個容器可以設為由 連接構件連接的結構。作為連接構件，例如可以採用彈簧。這樣的連接構 件可以作為間隔調整機構的構成要素。例如，所述間隔調整機構可以設為如下結構，即，具有將形成所述容 器的多個容器連接的彈簧，和設置在所述多個容器的與所述汽缸筒壁相對 的壁上、伴隨著所述蓄熱劑的膨脹而向外部擠出的柔軟結構部。在這樣構成的間隔調整機構中，相當於連接構件的彈簧的拉力使容器密合在汽缸筒 壁上。另外，柔軟結構部向外部擠出，起到所謂襯墊的作用，由此使容器 從汽缸筒壁離開。在這裡，柔軟結構部由能夠通過蓄熱劑的膨脹而向外部 擠出這樣的比其周邊部分柔軟的材料形成。蓄熱劑由於從固相向液相相變 化從而體積增加。例如，如果是三水合醋酸鈉，由於從固相向液相的相變化，體積增加大約10。/。。因此，在從過冷卻狀態釋放潛熱、變成固相的蓄熱劑吸收燃燒熱等而相變化為液相時，蓄熱劑的體積增加的部分將柔軟結 構部擠出。由此容器從汽缸筒壁離開。間隔調整機構也可以設為其它的結構。例如，所述間隔調整機構也可 以設為根據溫度而伸縮、將形成所述容器的多個容器連接的伸縮裝置。這 樣的伸縮裝置例如可以設為由根據溫度而伸縮的形狀記憶合金構成、將形 成所述容器的多個容器連接的連接構件。這樣的連接構件在蓄熱劑釋放潛 熱的溫度區域將多個容器拉近，使它們密合在汽缸筒壁上。另外，在蓄熱 劑進行吸熱作用的溫度區域以使多個容器的間隔擴大的方式工作，使容器 從汽缸筒壁離開。形狀記憶合金可以使用以往公知的合金。作為其它的伸 縮裝置，例如也可以使用壓電執行器。另外，其它的間隔調整機構可以設為包括將形成所述容器的多個容器 連接的彈簧和恆溫器的結構。彈簧是以使多個容器密合在汽缸筒壁上的方 式進行拉近作用的構件。另一方面，恆溫器當溫度上升到規定溫度時以針 擠出而使多個容器的間隔擴大的方式動作，使容器從汽缸筒壁離開。間隔調整機構可以進一步設為其它的結構。例如，所述間隔調整機構可以設為具有4吏形成所述容器的多個容器彼此離開的彈簧，和將所述多 個容器向所述汽缸筒壁側按壓的執行器。這樣的結構中的彈簧被設置成在 初始狀態下產生推斥力。因此，容器在初始狀態下為從汽缸筒壁離開的狀 態。另外，執行器通過ECU等控制機構而任意地將容器向汽缸筒壁側按 壓。蓄熱裝置通常需要用於引起被封入容器內的蓄熱劑的相變化的成核觸 發器。因此，在設為由執行器將容器向汽缸筒側按壓的結構的情況下，可以將該執行器設為出於成核觸發器的按壓和向汽缸筒側按壓容器這兩個目的而使用的結構。即，可以設為這樣的結構所述容器在其側壁上具^f吏 所述蓄熱劑開始相變化的成核觸發器，該多個容器由彈簧連接，以通過該 彈簧的推斥力而從所述汽缸筒壁離開的方式收納在所述水套內，並且一邊由執行器按壓所述成核觸發器， 一邊被向所述汽缸筒壁側按壓。這樣的蓄熱裝置的執行器例如像下所述那樣被控制。即，被控制成， 所述執行器在冷卻水溫度為所述蓄熱劑的熔化溫度以下時進行所述容器的 按壓動作，直到冷卻水溫度到達預熱完成溫度之前維持該按壓動作。通過 進行這樣的控制，在蓄熱劑釋放潛熱時，執行器使容器密合在汽缸筒壁上。 另外，在到達規定的預熱完成溫度之後，執行器停止按壓動作，使容器從 汽缸筒壁離開。由此，能夠避免釋放潛熱後的蓄熱劑由於吸熱作用而從汽 缸筒壁吸取熱量的現象。其結果，能夠實現發動機的提早預熱。另外，在 發動機處於如高負荷高旋轉時那樣的熱運轉條件下時，只要執行器的按壓 動作停止，則能提高發動機的冷卻效果。將上面所說明的那樣的蓄熱裝置組裝在以往的發動機上時，能夠形成本發明的發動機。根據本發明，在蓄熱劑釋放潛熱時使封入有蓄熱劑的容器密合在汽缸 筒壁上，在蓄熱劑進行吸熱作用時使所述容器從汽缸筒壁離開，所以能夠 充分利用蓄熱劑的特性而實現發動機的提早預熱完成、進而實現摩擦的降 低、燃料利用率(燃料消耗費性能)的提高。


圖1 ( a )是實施例1的蓄熱裝置的俯視圖。(b )是(a )的A-A線剖視圖。圖2(a) ~ (c)都是表示在汽缸體上組裝有蓄熱裝置的發動機的概 略結構的圖，是從汽缸蓋安裝側觀察將汽缸蓋卸下的狀態的汽缸體的圖。 圖3是放大表示圖2(b)中由虛線包圍起來的區域B的圖。 圖4是放大表示圖2(c)中由虛線包圍起來的區域C的圖。圖5是圖3中的D-D線剖視圖。 圖6是圖4中的E-E線剖視圖。 圖7是實施例2的蓄熱裝置的俯視圖。圖8 (a) 、 (b)都是表示在汽缸體上組裝有蓄熱裝置的發動機的概 略結構的圖，是從汽缸蓋安裝側觀察將汽缸蓋卸下的狀態的汽缸體的圖。 圖9是放大表示圖8(a)中由虛線包圍起來的區域F的圖。 圖IO是放大表示圖8 (b)中由虛線包圍起來的區域G的圖。 圖11是實施例3的蓄熱裝置的俯視圖。圖12 ( a ) 、 ( b )都是表示在汽缸體上組裝有蓄熱裝置的發動機的概 略結構的圖，是從汽缸蓋安裝側觀察將汽缸蓋卸下的狀態的汽缸體的圖。圖13是放大表示圖12 (a)中由虛線包圍起來的區域H的圖。圖14是放大表示圖12 (b)中由虛線包圍起來的區域I的圖。圖15(a) ~ (c)都是表示在汽缸體上組裝有實施例4的蓄熱裝置的 發動機的概略結構的圖，是從汽缸蓋安裝側觀察將汽缸蓋卸下的狀態的汽 缸體的圖。圖16是圖15中的J-J線放大剖視圖。圖17是圖15中的K-K線放大剖視圖。圖18是表示蓄熱裝置的控制的一例的流程圖。
具體實施方式
下面，與附圖一起詳細說明用於實施本發明的最佳方式。 實施例1圖1 (a)是本發明的蓄熱裝置1的俯浮見圖。圖1 (b)是圖1 (a)的 A-A線剖視圖。圖2 U ) ~ ( c )都是表示在汽缸體2上組裝有蓄熱裝置1 的發動機3的概略結構的圖，是從汽缸蓋安裝側觀察將汽缸蓋卸下的狀態 的汽缸體2的圖。圖2(a) ~ (c)表示工作中的蓄熱裝置1的不同的狀 態。圖3是放大表示圖2 (b)中由虛線包圍起來的區域B的圖。圖4是放 大表示圖2 (c)中由虛線包圍起來的區域C的圖。圖5是圖3中的D-D線剖視圖。圖6是圖4中的E-E線剖視圖。另外，本實施例中的發動機3 是4缸發動;K。蓄熱裝置1是如圖所示那樣由相當於本發明的連接構件的彈黃6將第 一容器4與第二容器5連接而構成的。第一容器4是金屬制的，具有與汽 缸筒壁7的形狀相對應的壁形狀的內側壁4a。這樣的內側壁4a作為與汽 缸筒壁7相對的壁。在這樣的內側壁4a上，設有柔軟結構部8。該柔軟結 構部8由富有彈性的樹脂成形。因此，雖然金屬制的第一容器4不變形， 但柔軟結構部8容易變形。因此，形成了這樣的結構容器的容納物即本 發明中的後述的蓄熱劑9的體積增加量由柔軟結構部8向外側擠出而吸收。 另外，在第一容器4的外側壁4b上，設有向被封入內部且處於過冷卻狀態 的蓄熱劑9施加相變化的契機的成核觸發器11。該成核觸發器11由於受 到外力而變形，使內部的蓄熱劑9產生相變化。第二容器5也形成為與第一容器4同樣的結構。即，具有與汽缸筒壁 7的形狀相對應的壁形狀的內側壁5a，在內側壁5a上設有柔軟結構部8。 進而，在外側壁5b上裝設有成核觸發器11。在這樣的第一容器4以及第二容器5中封入有蓄熱劑9 (參照圖5以 及圖6)。本實施例中的蓄熱劑9是三水合醋酸鈉。三水合醋酸鈉的熔點 大約58。C，能夠維持過冷卻狀態到-20。C ~-30'C。另外，三水合醋酸鈉通 過從固相向液相變化使體積增加大約10%。蓄熱劑9的封入量被調整為， 在液相狀態下將柔軟結構部8擠出的量、且在體積減少的固相狀態下不會 將柔軟結構部8擠出的量。封入有這樣的蓄熱劑9的第一容器4以及笫二^L器5，其端部彼此分 別由彈簧6連接而裝設到汽缸體2。在汽缸體2上，以包圍汽缸筒壁7的 方式形成有水套IO。該水套10如圖2(a) ~ (c)所示那樣^f皮設置在形成 4個汽缸的汽缸筒壁7的周圍，其形狀形成為串聯連接4個環那樣的形狀。 由彈簧6連接的第一容器4和第二容器5也同樣形成為串聯連接4個環那 樣的形狀。這樣的第一容器4以及第二容器5以由彈簧6的拉力而密合在 汽缸筒壁7上的狀態組裝在水套10內。即，彈簧6在初始狀態下為能夠發揮拉力的狀態。另外，本實施例中的彈簧6以及柔軟結構部8構成了本發明中的間隔 調整4幾構。在汽缸體2上，裝設有執行器(actuator ) 12。該執行器12與ECU13 連接。該執行器12按壓裝設在第一容器4以及第二容器5上的成核觸發器 11。由此成核觸發器11進行動作，處於過冷卻狀態的蓄熱劑9開始相變化， 開始釋放潛熱。對於如上所述那樣構成的蓄熱裝置1的工作，按照順序說明。首先， 在冷起動的條件下，發出使發動機3起動的未圖示的點火鑰匙的ON信號 時，ECU13基於該ON信號對執行器12發出動作指令。在冷起動時，蓄 熱劑9為過冷卻狀態。因此，蓄熱劑9變為液相，如圖2(a)所示，柔軟 結構部8向汽缸筒壁7側擠出。因此，在汽缸筒壁7與第一容器4以及第 二容器5之間形成了間隙。在向接受了動作指令的執行器12通電、針12a 擠出時，由針12a按壓成核觸發器11。當按壓成核觸發器ll時，第一容 器4以及第二容器5內的蓄熱劑9成核，開始相變化。開始了相變化的蓄 熱劑9開始釋放所蓄積的潛熱。蓄熱劑9由於伴隨著潛熱的釋放的相變化，從液相變化為固相，從而 體積減少。因此，柔軟結構部8的形狀如圖2 (b)、圖3、圖5所示，變 化到與內壁面4a、 5a大致同一面的狀態。這樣內壁面4a、 5a分別變為大 致同一面的笫一容器4以及第二容器5由彈簧6拉緊而成為密合在汽缸筒 壁7上的狀態。這樣的狀態持續到在水套10內流通的冷卻水的溫度上升到 蓄熱劑9的熔化溫度即大約58'C。由此，從蓄熱裝置9釋放的熱量高效地 向密合有笫一容器4以及第二容器5的汽缸筒壁7傳遞。其結果，實現了 發動機3的提早預熱。當發動機3起動時，開始產生發動機3的燃燒熱量等。這樣的發動機 3自身產生的熱量也對預熱有貢獻。這樣的熱量經由循環的機油等也向汽 缸筒壁7傳遞。另外，在水套IO內流通的冷卻水的溫度也上升。伴隨著這樣的發動機3的預熱的進行，冷卻水的溫度上升，當發動機3的冷卻水的溫度到達蓄熱劑9的熔化溫度時，蓄熱劑9熔化，開始從固 相向液相的相變化。這樣的階段的蓄熱劑9變為吸收周圍的熱量的狀態。 為了實現基於提早預熱的燃料利用率的提高，有效的是使未圖示的活塞滑 動的汽缸筒壁7的溫度提早升溫而降低活塞的摩擦。因此，如果第一容器 4以及第二容器5 —直密合在汽缸筒壁7上，則蓄熱劑9從汽缸筒壁7吸 取熱量，會有損預熱效果。但是，本實施例的蓄熱裝置1通過下面說明的動作，避免了蓄熱劑9 從汽缸筒壁7吸取熱量。蓄熱劑9從周圍的冷卻水等吸熱，產生從固相向液相的相變化而體積 增加。因此，熔化而變成液相的蓄熱劑9再次將柔軟結構部8向外側擠出。 由此，第一容器4以及第二容器5如圖2 (c)、圖4、圖6所示，再次從 汽缸筒壁7離開。結果，能夠避免燃燒熱量等的由發動機3自身產生的熱 在蓄熱劑9的吸熱作用下被吸取。另外，第一容器4和第二容器5，如圖2 (c)、圖4、圖6所示，從 汽缸筒壁7離開，由此冷卻水在兩者之間流通。因此，也能夠應對結束了 預熱、在很熱的條件下運轉的發動機3的冷卻。即，汽缸筒壁7在冷起動 時要求提早升溫，但在預熱完成後要求適當地冷卻。根據本實施例的蓄熱 裝置l，能夠滿足這樣的要求。這樣，從預熱完成的發動機3吸取了熱量的蓄熱劑9，在發動機3停 止、被冷卻時，4呆持液相地溫度下降。即，蓄積從發動機3吸取的熱量， 成為過冷卻狀態而準備下次的發動機起動。實施例2接下來，參照圖7至圖10，對本發明的實施例2進行說明。圖7是實 施例2的蓄熱裝置21的俯視圖。圖8 ( a ) 、 ( b )都是表示在汽缸體2上 組裝有蓄熱裝置21的發動機3的概略結構的圖，是從汽缸蓋安裝側觀察將 汽缸蓋卸下的狀態的汽缸體2的圖。圖8(a)、 (b)示出了工作中的蓄 熱裝置21的不同狀態。圖9是放大表示圖8 (a)中由虛線包圍起來的區 域F的圖。圖10 (b)是放大表示圖8中由虛線包圍起來的區域G的圖。另夕卜，本實施例中的發動機3是4缸發動機，包含汽釭體2，與實施例1 中的發動機3同樣。蓄熱裝置21是如圖所示那樣由相當於本發明的伸縮裝置的由形狀記 憶合金形成的連接構件24將第一容器22與第二容器23連接而構成的。第 一容器22是金屬制的，具有與汽缸筒壁7的形狀相對應的壁形狀的內側壁 22a。這樣的內側壁22a作為與汽缸筒壁7相對的壁。另外，在第一容器 22的外側壁22b上，設有向^^皮封入內部並處於過冷卻狀態的蓄熱劑9施加 相變化的契機的成核觸發器11。該成核觸發器11通過受到外力而變形， 使內部的蓄熱劑9產生相變化。以上的方面與實施例1的第一容器4同樣。 但是，與實施例1的第一容器4不同，沒有設置柔軟結構部8。笫二容器23也形成為與第一容器4同樣的結構。即，具有與汽缸筒壁 7的形狀相對應的壁形狀的內側壁23a。另外，在外側壁23b上裝設有成核 觸發器ll。在這樣的第一容器22以及第二容器23中封入有蓄熱劑9。本實施例 中的蓄熱劑9是三水合醋酸鈉。這一點，與實施例1的第一容器4以及第 二容器5同樣。第一容器22以及第二容器23分別由連接構件24將端部彼此連接而裝 設在汽缸體2上。連接構件24由形狀記憶合金構成，形成為板狀。形狀記 憶合金的特性是其長度隨著溫度的上升而變長。因此，對於連接構件24 的長度，將冷起動時的溫度狀態設為初始狀態而設定長度。該初始狀態的 連接構件24的長度設為下述的長度在將第一容器22以及第二容器23 組裝在水套10上時，第一容器22以及第二容器23如圖8 (a)、圖9所 示那樣密合在汽缸筒壁7上。這樣的連接構件24直到蓄熱劑9的熔化溫度 為止，大致維持初始狀態的長度。由此，能夠維持第一容器22以及第二容 器23密合在汽缸筒壁7上的狀態。另外，連接構件24當處於超過蓄熱劑 9的熔化溫度的環境下時長度逐漸地伸長，使笫一容器22以及笫二容器23 從汽缸筒壁7離開。另外，裝設在汽缸體2上的執行器12、與該執行器12連接的ECU13與實施例1的情況同樣。對於如上所述那樣構成的蓄熱裝置21的工作，按照順序說明。首先， 在冷起動的條件下，發出使發動機3起動的未圖示的點火鑰匙的ON信號 時，ECU13基於該ON信號對執行器12發出動作指令。在冷起動時，蓄 熱劑9為過冷卻狀態。連接構件24保持初始狀態的長度，如圖8 (a)、 圖9所示，第一容器22以及第二容器23密合在汽缸筒壁7上。當向接受 了動作指令的執行器12通電、針12a橋出時，由針12a按壓成核觸發器 11。當按壓成核觸發器ll時，第一容器22以及第二容器23內的蓄熱劑9 成核，開始相變化。開始了相變化的蓄熱劑9開始釋放所蓄積的潛熱。這樣的狀態持續到在水套10內流通的冷卻水的溫度上升到蓄熱劑9 的熔化溫度即大約58。C。由此，從蓄熱裝置9釋放的熱量高效地向密合有 第一容器22以及笫二容器23的汽缸筒壁7傳遞。其結果，實現了發動機 3的提早預熱。當發動機3起動時，開始產生發動機3的燃燒熱量等。這樣的發動機 3自身產生的熱量也對預熱有貢獻。這樣的熱量經由循環的機油等也向汽 缸筒壁7傳遞。另外，在水套IO內流通的冷卻水的溫度也上升。伴隨著這樣的發動機3的預熱的進行，冷卻水的溫度上升，在發動機 3的冷卻水的溫度到達蓄熱劑9的熔化溫度時，蓄熱劑9熔化，開始從固 相向液相的相變化。這樣的階段的蓄熱劑9變為吸收周圍的熱量的狀態。 如實施例1的說明中所述，為了實現基於提早預熱的燃料利用率的提高， 有效的是使未圖示的活塞滑動的汽缸筒壁7的溫度提早升溫而降低活塞的 摩擦。因此，如果第一容器22以及第二容器23—直密合在汽缸筒壁7上， 則蓄熱劑9從汽缸筒壁7吸取熱量，會有損預熱效果。但是，本實施例的蓄熱裝置21通過下面說明的動作，避免了蓄熱劑9 從汽缸筒壁7吸取熱量。當由於蓄熱劑9釋放的熱量、發動機3的燃燒熱量等，冷卻水的溫度 上升時，連接構件24的長度變長。由此，第一容器22以及第二容器23 從圖8 (a)、圖9所示的密合在汽缸筒壁7上的狀態變為圖8 (b)、圖10所示的從汽缸筒壁7離開的狀態。其結果，能夠避免燃燒熱量等發動機 3自身產生的熱量由於蓄熱劑9的吸熱作用而被吸取。另外，第一容器22以及第二容器23如圖8 (b)、圖10所示，從汽 缸筒壁7離開，由此冷卻水在兩者之間流通。因此，也能夠應對結束了預 熱、在很熱的條件下運轉的發動機3的冷卻。即，汽缸筒壁7在冷起動時 要求提早升溫，但在預熱完成後要求適當地冷卻，如果是本實施例的蓄熱 裝置21,則與實施例l的情況同樣，能夠滿足這樣的要求。這樣，從預熱完成的發動機3吸取了熱量的蓄熱劑9,當發動機3停 止、被冷卻時，保持液相地溫度下降。即，蓄積從發動機3吸取的熱量， 成為過冷卻狀態而準備下次的發動機起動。這一點也與實施例1的情況同 樣。實施例3接下來，參照圖11至圖14，對本發明的實施例3進行說明。圖ll是 實施例3的蓄熱裝置31的俯視圖。圖12 ( a ) 、 ( b )都是表示在汽缸體2 上組裝有蓄熱裝置31的發動機3的概略結構的圖，是從汽缸蓋安裝側觀察 將汽缸蓋卸下的狀態的汽缸體2的圖。圖12(a)、 (b)表示工作中的蓄 熱裝置31的不同的狀態。圖13是放大表示圖12 (a)中由虛線包圍起來 的區域H的圖。圖14是放大表示圖12 (b)中由虛線包圍起來的區域I 的圖。另外，本實施例中的發動機3是4缸發動機，包含汽缸體2，與實 施例1、 2中的發動機3同樣。蓄熱裝置31是如圖所示那樣由相當於本發明的間隔調整機構的彈簧 32和恆溫器(thermostat )33將第一容器22與第二容器23連接而構成的。 在這裡，第一容器22以及第二容器23與實施例2中所使用的容器相同。 在內部封入有蓄熱劑9這一點也同樣。因此，對於相同的結構要素賦予相 同的符號而省略其詳細的說明。彈簧32與實施例1中的彈簧6同樣，在初始狀態下為能夠發揮拉力的 狀態。通過該拉力，第一容器22和第二容器23以密合在汽缸筒壁7上的 狀態組裝在水套10內。恆溫器33包括溫敏部33a和活塞33b。在溫敏部33a的內部封入有蠟，該蠟由於熱量而膨脹，由此將活塞33b推出從而恆 溫器33的整個長度變化。這樣的恆溫器33在冷起動時為短尺寸狀態，當 冷卻水的溫度超過蓄熱劑9的熔化溫度時，活塞33b被推出，變為長尺寸 狀態。由於恆溫器33變為長尺寸狀態，使第一容器22以及笫二容器23 從汽缸筒壁7離開。另外，裝設在汽缸體2上的執行器12、與該執行器12連接的ECU13 與實施例1、 2的情況同樣。對於如上所述那樣構成的蓄熱裝置31的動作，按照順序說明。首先， 在冷起動的條件下，發出使發動機3起動的未圖示的點火鑰匙的ON信號 時，ECU13基於該ON信號對執行器12發出動作指令。在冷起動時，蓄 熱劑9為過冷卻狀態。另外，恆溫器33保持短尺寸狀態，如圖12(a)以 及圖13所示，由彈簧32拉緊的第一容器22以及第二容器23密合在汽缸 筒壁7上。當向接受了動作指令的執行器12通電、針12a擠出時，由針 12a按壓成核觸發器11。當按壓成核觸發器11時，第一容器22以及第二 容器23內的蓄熱劑9成核，開始相變化。開始了相變化的蓄熱劑9開始釋 放所蓄積的潛熱。這樣的狀態持續到在水套10內流通的冷卻水的溫度上升到蓄熱劑9 的熔化溫度即大約58°C。由此，從蓄熱裝置9釋放的熱量高效地向密合有 第一容器22以及第二容器23的汽缸筒壁7傳遞。其結果，實現了發動機 3的提早預熱。當發動機3起動時，開始產生發動機3的燃燒熱量等。這樣的發動機 3自身產生的熱量也對預熱有貢獻。這樣的熱量經由循環的機油等也向汽 缸筒壁7傳遞。另外，在水套IO內流通的冷卻水的溫度也上升。伴隨著這樣的發動機3的預熱的進行，冷卻水的溫度上升，當發動機 3的冷卻水的溫度到達蓄熱劑9的熔化溫度時，蓄熱劑9熔化，開始從固 相向液相的相變化。這樣的階段的蓄熱劑9變為吸收周圍的熱量的狀態。 如實施例1的說明中所述，為了實現基於提早預熱的燃料利用率的提高， 有效的是使未圖示的活塞滑動的汽缸筒壁7的溫度提早升溫而降低活塞的摩擦。因此，如果第一容器22以及第二容器23—直密合在汽缸筒壁7上， 則蓄熱劑9從汽缸筒壁7吸取熱量，會有損預熱效果。但是，本實施例的蓄熱裝置31通過下面說明的動作，避免了蓄熱劑9 從汽缸筒壁7吸取熱量。當由於蓄熱劑9釋放的熱量、發動機3的燃燒熱量等，冷卻水的溫度 上升時，恆溫器33的活塞33b被推出，恆溫器33變為長尺寸狀態。由此， 第一容器22以及第二容器23從圖12 (a)、圖13所示的密合在汽缸筒壁 7上的狀態變為圖12 (b)、圖14所示的從汽缸筒壁7離開的狀態。其結 果，能夠避免燃燒熱量等發動機3自身產生的熱量由於蓄熱劑9的吸熱作 用而^皮吸取。另外，第一容器22以及第二容器23如圖12 (b)、圖14所示，從汽 缸筒壁7離開，由此冷卻水在兩者之間流通。因此，也能夠應對結束了預 熱、在很熱的條件下運轉的發動機3的冷卻。即，汽缸筒壁7在冷起動時 要求提早升溫，但在預熱完成後要求適當地冷卻，如果是本實施例的蓄熱 裝置31，則與實施例l、 2的情況同樣，能夠滿足這樣的要求。這樣，從預熱完成後的發動機3吸取了熱量的蓄熱劑9，當發動機3 停止、被冷卻時，保持液相地溫度下降。即，蓄積從發動機3吸取的熱量， 成為過冷卻狀態而準備下次的發動機起動。這一點也與實施例1、 2的情況 同樣。實施例4接下來，參照圖15 (a)至圖18，對本發明的實施例4進行說明。圖 15(a) ~ (c)都是表示在汽缸體2上組裝有實施例4的蓄熱裝置41的發 動機3的概略結構的圖，是從汽缸蓋安裝側觀察將汽缸蓋卸下的狀態的汽 缸體2的圖。圖15(a) ~ (c)表示工作中的蓄熱裝置41的不同的狀態。 圖16是圖15 (b)中的J-J線放大剖視圖。圖17是圖15 (c)中的K-K 線放大剖^L圖。另外，圖18是表示蓄熱裝置41的控制的一例的流程圖。 另外，本實施例中的發動機3是4缸發動機，包含汽缸體2，與其它的實 施例中的發動機3同樣。但是，在圖15中，畫出了在其它的實施例的說明圖中省略的水溫計42。蓄熱裝置41與其它的實施例不同，是將裝設在汽缸體2上的執行器 43、由彈簧44連接的第一容器45以及第二容器46組合而構成的。但是， 第一容器45以及第二容器46自身與實施例2以及3的第一容器22與第二 容器23相同。本實施例的彈簧44與實施例1的彈簧6、實施例3的彈簧32不同， 被設定為在初始狀態下發揮使第一容器45以及第二容器46離開的推斥力。 因此，由彈簧44連接的第一容器45以及第二容器46在初始狀態下如圖 15 U)所示被組裝成從汽缸筒壁7離開的狀態。另外，執行器43具有將處於從汽缸筒壁7離開的狀態的第一容器45 以及第二容器46向汽缸筒壁7側按壓的作用。這一 點與其它的實施例中的 執行器12不同。但是，本實施例的執行器43與其它的實施例中的執行器 12同樣，也具有4安壓設置在第一容器45和第二容器46上的成核觸發器11 的作用。這樣的執行器43被連接在ECU47上。另外，ECU47與水溫計 42連接，基於來自該水溫計42的水溫數據對執行器43發出動作指令。對於這樣構成的蓄熱裝置31的動作， 一邊參照圖18所示的流程圖一 邊進行說明。首先，ECU47判斷佳發動機3起動的未圖示的點火鑰匙是否變為ON 狀態(步驟SOl)。在這裡，判斷點火的ON狀態是為了監視發動機3是 否起動。因此，也可以代替點火的ON狀態的判斷，而例如將駕駛席側的 門是否打開作為判斷的對象。當在步驟SOl中判斷為是時，進入步驟S02。另一方面，當在步驟SOl 中判斷為否時，反覆執行步驟SOl的處理。在步驟S02中，ECU47基於來自水溫計42的數據，判斷冷卻水的溫 度是否在58'C以下。在這裡，58。C是蓄熱劑9的熔化溫度。在冷卻水的溫 度未到達蓄熱劑的熔化溫度時，設為處於冷起動條件下，要利用蓄熱劑9 的潛熱實現發動機3的提早預熱。當在步驟S02中判斷為否時，即判斷為冷卻水的溫度高於58。C、不處於冷起動條件下時，經步驟S06維持執行器43的通電OFF,結束處理(結 束)。另一方面，當在步驟S02中判斷為是時，即冷卻水的溫度為58。C以下 時，進入步驟S03， ECU47向執行器43發出將通電設為ON狀態的指令。 另外，向執行器43通電之前的第一容器45和第二容器46如圖18 (a)所 示，處於從汽缸筒壁7離開的狀態。通電設為ON狀態的執行器43將針43a推出，由該針43a將第一容器 45和第二容器46向汽缸筒壁7側按壓。此時，針43a按壓成核觸發器11。 由此，第一容器45和第二容器46如圖15 (b)和圖16所示，密合在汽缸 筒壁7上。另外，被封入內部的過冷卻狀態的蓄熱劑9開始相變化，開始 釋放潛熱。在步驟S03中向執行器43發出通電的指令的ECU47,在步驟S04中 判斷發動機3是否變為運轉狀態。即，判斷發動機3是否已起動。當在步 驟S04中判斷為否時，即發動機3沒有起動時，ECU47經步驟S06，結束 處理(結束)。另一方面，當在步驟S04中判斷為是時，即發動機3起動時，ECU47 進入步驟S05。在步驟S05中，基於來自水溫計42的數據，判斷冷卻水的 溫度是否變為80。C以上。在這裡，80。C是作為判斷預熱是否結束的標準而 設定的數值。當在步驟S05中判斷為否時，即判斷為預熱還未結束時， ECU47返回到步驟S03，反覆執行步驟S03 步驟S04的處理。即，到判 斷為預熱完成之前，繼續向執行器43通電，使第一容器45和第二容器46 密合在汽缸筒壁7上。通過進行這樣的控制，將蓄熱劑9的潛熱高效地向 汽缸筒壁7傳遞，實現提早的預熱完成。另一方面，當在步驟S05中判斷為是時，即在判斷為預熱完成時， ECU47進入步驟S06，對執行器43發出通電OFF的指令。通過該指令， 執行器43的針43a被拉回，所以第一容器45和第二容器46由於彈簧44 的推斥力，如圖15 (c)和圖17所示，從汽缸筒壁7離開。在冷卻水的溫 度超過80。C的環境下，蓄熱劑9變為吸收周圍的熱量的狀態，但由於^f吏第一容器45和第二容器46從汽缸筒壁7離開，所以不會吸收汽缸筒壁7的 熱量。另外，冷卻水在第一容器45以及第二容器46與汽缸筒壁7之間流 通，所以即使在如高負荷高運轉時那樣的熱運轉條件下，也能實現汽缸筒 壁7的冷卻。從上述的記載可知上述實施例只是用於實施本發明的例子，本發明 並不限定於這些實施例，對這些實施例進行各種變形也屬於本發明的範圍 內，進而在本發明的範圍內，可以以其它的各種實施例實施。
權利要求
1.一種蓄熱裝置，其特徵在於，具有被收納在以包圍汽缸筒壁的方式設置的水套內的容器；被封入該容器內的蓄熱劑；和根據發動機的運轉狀況調節該容器與所述汽缸筒壁的間隔的間隔調整機構。
2. —種蓄熱裝置，其特徵在於，具有 被收納在以包圍汽缸筒壁的方式設置的水套內的容器； 淨皮封入該容器內的蓄熱劑；和根據所述蓄熱劑或者冷卻水的溫度調節該容器與所述汽缸筒壁的間隔 的間隔調整才幾構。
3. 如權利要求1或2所述的蓄熱裝置，其特徵在於所述間隔調整 機構為所述容器所具有。
4. 如權利要求1~3中的任意一項所述的蓄熱裝置，其特徵在於所述容器包含分別具有與所述汽缸筒壁的外周形狀相對應的壁形狀的多個容器。
5. 如權利要求1或2所述的蓄熱裝置，其特徵在於所述容器包含 分別具有與所述汽缸筒壁的外周形狀相對應的壁形狀的多個容器，並且該 多個容器由連接構件連接。
6. 如權利要求1或2所述的蓄熱裝置，其特徵在於所述容器包含分別具有與所述汽缸筒壁的外周形狀相對應的壁形狀的多個容器；所述間隔調整機構，具有將形成所述容器的多個容器連接的彈簧，和 設置在所述多個容器的與所述汽缸筒壁相對的壁上、伴隨著所述蓄熱劑的 膨脹而向外部擠出的柔軟結構部。
7. 如權利要求1或2所述的蓄熱裝置，其特徵在於 所述容器具有分別具有與所述汽缸筒壁的外周形狀相對應的壁形狀的多個容器；該多個容器，由彈簧連接，並且在與所述汽缸筒壁相對的壁上設有伴 隨著所述蓄熱劑的膨脹而向外部擠出的柔軟結構部，以通過所述彈簧的拉 力而密合於所述汽缸筒壁的方式收納在所述水套內。
8. 如權利要求1或2所述的蓄熱裝置，其特徵在於所述間隔調整 機構是根據溫度而伸縮、將形成所述容器的多個容器連接的伸縮裝置。
9. 如權利要求1或2所述的蓄熱裝置，其特徵在於 所述容器具有分別具有與所述汽缸筒壁的外周形狀相對應的壁形狀的多個容器；該多個容器，由根據溫度而伸縮的伸縮裝置連接，以密合於所述汽缸 筒壁的方式收納在所述水套內。
10. 如權利要求1或2所述的蓄熱裝置，其特徵在於所述間隔調整 機構是由根據溫度而伸縮的形狀記憶合金構成、將形成所述容器的多個容 器連接的連接構件。
11. 如權利要求1或2所述的蓄熱裝置，其特徵在於 所述容器具有分別具有與所述汽缸筒壁的外周形狀相對應的壁形狀的多個容器；該多個容器，通過由根據溫度而伸縮的形狀記憶合金構成的連接構件 連接，以密合於所述汽缸筒壁的方式收納在所述水套內。
12. 如權利要求1或2所述的蓄熱裝置，其特徵在於所述間隔調整 機構具有將形成所述容器的多個容器連接的彈簧和恆溫器。
13. 如權利要求1或2所述的蓄熱裝置，其特徵在於 所述容器具有分別具有與所述汽缸筒壁的外周形狀相對應的壁形狀的多個容器；該多個容器，通過恆溫器以及彈簧連接，以通過該彈簧的拉力而密合 於所述汽缸筒壁的方式收納在所述水套內。
14. 如權利要求1或2所述的蓄熱裝置，其特徵在於，所述間隔調整 機構具有使形成所述容器的多個容器彼此離開的彈簧，和將所述多個容器向所述汽缸筒壁側按壓的執行器。
15. 如權利要求1或2所述的蓄熱裝置，其特徵在於 所述容器具有分別具有與所述汽缸筒壁的外周形狀相對應的壁形狀的多個容器；該多個容器，由彈簧連接，以通過該彈簧的推斥力而從所述汽缸筒壁 離開的方式收納在所述水套內，並且由執行器向所述汽缸筒壁側按壓。
16. 如權利要求1或2所述的蓄熱裝置，其特徵在於 所述容器包含分別具有與所述汽缸筒壁的外周形狀相對應的壁形狀的多個容器，在各個容器的側壁上具備使所述蓄熱劑開始相變化的成核觸發 器；該多個容器，由彈簧連接，以通過該彈簧的推斥力而從所述汽缸筒壁 離開的方式收納在所述水套內，並且一邊由執行器按壓所述成核觸發器， 一邊被向所述汽缸筒壁側按壓。
17. 如權利要求1或2所述的蓄熱裝置，其特徵在於 所述容器具有分別具有與所述汽缸筒壁的外周形狀相對應的壁形狀的多個容器；該多個容器，由彈簧連接，以通過該彈簧的推斥力而從所述汽缸筒壁 離開的方式收納在所述水套內，並且由執行器向所述汽缸筒壁側按壓；該執行器，在冷卻水溫度為所述蓄熱劑的熔化溫度以下時進行所述容 器的按壓動作，並維持該按壓動作直到冷卻水溫度達到預熱完成溫度。
18. 如權利要求1或2所述的蓄熱裝置，其特徵在於所述容器，包含分別具有與所述汽缸筒壁的外周形狀相對應的壁形狀 的多個容器，在各個容器的側壁上具備使所述蓄熱劑開始相變化的成核觸發器；該多個容器，由彈簧連接，以通過該彈簧的推斥力而從所述汽缸筒壁 離開的方式收納在所述水套內，並且一邊由執行器按壓所述成核觸發器， 一邊被向所述汽缸筒壁側按壓；該執行器，在冷卻水溫度為所述蓄熱劑的熔化溫度以下時進行所述容器的按壓動作，並維持該按壓動作直到冷卻水溫度達到預熱完成溫度。
19. 如權利要求1 18所述的蓄熱裝置，其特徵在於，所述容器具有 第一容器以及第二容器，該第一容器以及第二容器具有與所述汽缸筒壁的 形狀相對應的壁形狀。
20. —種發動機，其特徵在於組裝有如權利要求1~19中的任意一 項所述的蓄熱裝置。
全文摘要
蓄熱裝置(1)是由彈簧(6)將第一容器(4)與第二容器(5)連接而構成的。第一容器(4)具有與汽缸筒壁(7)的形狀相對應的壁形狀的內側壁。在內側壁上，設有柔軟結構部(8)。柔軟結構部(8)由富有彈性的樹脂成形。第二容器(5)具有同樣的結構。當第一容器(4)以及第二容器(5)內的蓄熱劑吸收熱量而從固相向液相進行相變化時，蓄熱劑的體積增加，增加的量的蓄熱劑將柔軟結構部(8)擠出，使第一容器(4)以及第二容器(5)與汽缸筒壁(7)離開。
文檔編號F02N19/10GK101405491SQ200780009640
公開日2009年4月8日 申請日期2007年2月8日 優先權日2006年2月9日
發明者小林日出夫, 山下芳雄, 山田賢一, 林邦彥, 蟻澤克彥 申請人:豐田自動車株式會社