JP2006329088A - 潜熱蓄熱装置及び内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成で、特別な制御を行うことなく確実に潜熱蓄熱材の発核を誘発し、確実に内燃機関に流通する流体を昇温させることのできる潜熱蓄熱装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 潜熱蓄熱装置（１１）は、オイルストレーナ（３）に組み込まれている。オイルストレーナ（３）を形成する管体（３ｂ）の周囲に潜熱蓄熱材（５）を収容した収容室（４）を配置する。管体（３ｂ）内には、吸い上げられたエンジンオイルにより倒伏するプレート（７）を装着する。プレート（７）には収容室（４）内に対して出没する針体（８）を取り付ける。このような構成とすることにより、エンジン（１）が始動し、管体（３ｂ）内にエンジンオイルが流通すると針体（８）が収容室（４）内に押し込まれて潜熱蓄熱材（５）を発覚させる。この結果、エンジンオイルの早期昇温が達成できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、潜熱蓄熱材の作用により、内燃機関に流通する流体の早期昇温を可能とする潜熱蓄熱装置に関する。

内燃機関にはエンジンオイルや冷却水等、種々の流体が流通しており、冷間始動時には、これらの流体はできるだけ早期に昇温することが望ましい。また、外気温が低いときには内燃機関の始動性自体も低下するため、これも改善が望まれる点である。

このような問題点を改善すべく、例えば、特許文献１等にエンジンオイル加温装置の提案がされている。特許文献１記載のエンジンオイル加温装置は、エンジンオイル還流系の一部に、熱伝導性を有する蓄熱材容器を設け、この蓄熱材容器内に塩水和物よりなる蓄熱材を収容した構成となっている。このようなエンジンオイル加温装置では、過冷却状態の蓄熱材に対して、結晶化への転移を誘起させる機械的刺激を与える接触加圧式の加熱器が設けられている。

また、蓄熱材を用いてエンジンオイルやエンジンブロックを温める装置は種々提案されており、例えば、特許文献２には、シリンダを囲むように形成した蓄熱材収納室に、潜熱型蓄熱材（蓄熱材）を収納した内燃機関の急速暖機装置が提案されている。このような急速暖機装置は、内燃機関の冷間始動時に、過冷却状態となっている蓄熱材に対して電圧印加し、これにより相変化を開始させて潜熱を発生（発核）させるように構成されている。内燃機関は、この潜熱により直接暖機され、始動直後の燃費の悪化や排気組成の悪化を速やかに解消することができる。この他にも、過冷却状態の蓄熱材に対して針体を挿脱する機構等が種々提案されている。

特開平５−２９６０１７号公報 特開平１１−１８２３９３号公報

しかしながら、前記特許文献１記載のエンジンオイル加温装置では、冷間始動時に蓄熱材に機械的衝撃を与えるために押ノブ（操作手段）を操作する構成となっており、冷間始動時毎にこのような操作を行うことは、煩わしい。また、特許文献２記載の急速暖機装置では、蓄熱材に対して電圧印加を行う構成としていることから、電圧印加のための電極やセンサの取り付け、配線を行わなければならなかった。過冷却状態の蓄熱材に対して針体を挿脱する機構を採用する場合も、そのような機構は複雑な構成を持つものが多く、確実に発核させることが困難なことがあった。

そこで、本発明は、簡易な構成で確実に潜熱蓄熱材の発核を誘発し、確実に内燃機関に流通する流体を昇温させることのできる潜熱蓄熱装置を提供することを課題とする。

かかる課題を解決するための本発明の潜熱蓄熱装置は、内燃機関に流通する流体を昇温させる潜熱蓄熱装置であって、内燃機関に装着される流体流通管の周囲に配置した収容室と、当該収容室内に収容された潜熱蓄熱材と、前記流体流通管内を流通する流体の流れによって動作する受動体と、当該受動体の動作に伴って前記収容室内に対して出没する発核手段と、を有することを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることにより、内燃機関が始動することにより流通を開始する流体、例えば、エンジンオイルや冷却水等が流れる力を利用して発核手段を作動させ、潜熱蓄熱材を発熱させることができる。このような潜熱蓄熱材としては、従来周知の潜熱蓄熱材、例えば、酢酸ナトリウム・３水和物等を採用することができる。

ここで、このような潜熱蓄熱装置では、前記発核手段を前記収容室外へ復帰させる付勢手段を備えた構成とすることができる（請求項２）。このような付勢手段、例えば、バネ、スプリング等を組み込めば、流体の流通が停止したときに確実に発核手段を収容室外へ復帰させることができ、次回の発核動作に備えることができる。すなわち、発核を確実に行うためには、潜熱蓄熱材と接触する発核手段は一旦潜熱蓄熱材と触れていない状態とされることが求められるが、前記のような付勢手段を備えた構成とすれば、収容室外へ復帰させ、次回の発核動作に備えることができる。

このような潜熱蓄熱装置では、以下のような構成を採用することができる。すなわち、前記受動体を、前記流体流通管内を流通する流体の流れを受けて前記流体流通管の壁側へ倒伏するプレートとし、前記発核手段を、前記プレートに連設され、当該プレートの倒伏に伴って前記収容室内へ押し込まれる針体とする構成とすることができる（請求項３）。また、前記受動体を、前記流体流通管内を流通する流体の流れを受けて移動するフロートとし、前記発核手段を、前記フロートの移動に伴って前記収容室内へ押し込まれる針体とする構成とすることができる（請求項４）。このような構成とすれば、流体の力により針体を潜熱蓄熱材が収容された収容室内に押し込むことができ、発核を誘発することができる。

このような潜熱蓄熱装置では、前記のように内燃機関に流通する流体を昇温させるためにその流体自らの流れる力を利用する構成となっており、そのような流体としてエンジンオイルが挙げられるが、この場合、オイルパン内のエンジンオイルを吸い上げるオイルストレーナを形成する管体を本発明における前記流体流通管とする構成とすることができる（請求項５）。内燃機関の冷間始動時にはできるだけ早期のうちにエンジンオイルの温度を昇温させることが求められるが、このような構成とすれば、潜熱蓄熱材による熱を積極的にエンジンオイルに伝えることができる。また、内燃機関が始動すれば、オイルポンプの働きによりオイルストレーナにはオイルパン内のエンジンオイルが吸い上げられ、ストレーナを形成する管体にはエンジンオイルが流通することになるので、この流れの力により発核手段を作動させれば、発核のための特別な制御等は不要となる。

以上説明したような潜熱蓄熱装置を装着すれば本発明の内燃機関を構成することができる（請求項６）。

本発明によれば、内燃機関に装着される流体流通管の周囲に配置した収容室と、当該収容室内に収容された潜熱蓄熱材と、前記流体流通管内を流通する流体の流れによって動作する受動体と、当該受動体の動作に伴って前記収容室内に対して出没する発核手段とを有する構成としたので、流体の流れる力を利用して、特別な制御を行うことなく、エンジンオイル等の流体を早期に昇温させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、本発明の内燃機関に相当するエンジン１のオイルパン２の周辺構成を示した模式図であるが、オイルパン２内にはオイルストレーナ３が配置されている。図２はこのオイルストレーナ３の拡大図であるが、このオイルストレーナ３に本発明の潜熱蓄熱装置１１が組み込まれている。
吸込口３ａの上方に延びる本発明における流体流通管に相当する管体３ｂの周囲に収容室４が形成されている。この収容室４は、上端が、図１中Ａ−Ａ線で示したエンジンオイルのフルレベルよりも上側に位置するように形成されており、内部に潜熱蓄熱材５が収容されている。この潜熱蓄熱材５は、酢酸ナトリウム・３水和物である。この酢酸ナトリウム・３水和物は、融点がおよそ５８℃であり、−２０℃〜−３０℃程度まで過冷却状態を維持することができる。このため、一般的な外気温、すなわち、通常の冷間始動時の外気温では過冷却状態となっており、その潜熱をエンジン始動時の暖機に利用することができる。

また、管体３ｂの内部には、ピン６、プレート７、及び針体８、さらにはスプリング９が組み合わされて形成されたスイッチ１０が装着されている。図３（ａ）はこのようなスイッチ１０の正面図、図３（ｂ）は側面図であるが、スイッチ１０は、プレート７の一端にピン６が取り付けられ、他端にプレート７と角度を有するように針体８が取り付けられ、さらに、プレート７のピン６から離れた位置にスプリング９が取り付けられて形成されている。このようなスイッチ１０を形成するプレート７は本発明における受動体、針体８は発核手段、スプリング９は付勢手段に相当するものである。スイッチ１０は、ピン６によって管体３ｂの内壁に軸支され、矢示１２で示すように吸込口３ａからエンジンオイルが吸い上げられると、その流れの力によってプレート７が矢示１３で示すように管体３ｂの壁側に倒伏するように装着されている。このとき、針体８は、管体３ｂに設けた管体３ｂの内側と収容室４の内部とを連通する穴３ｂ１から収容室４の内部に臨むような位置関係となっている。また、スプリング９は、針体８を収容室４外へ復帰させることのできるように管体３ｂの内壁とプレート７とに挟持される位置に装着されている。
すなわち、これらの構成要素のうち、収容室４、潜熱蓄熱材５、ピン６を含めたプレート７、針体８、スプリング９によって潜熱蓄熱装置１１を形成している。

以上のように構成される潜熱蓄熱装置１１の動作を説明する。まず、エンジン１のスタータが作動し、エンジン１が始動すると、図示しないオイルポンプが作動し、ストレーナ３の吸込口３ａからオイルパン２内のエンジンオイルが矢示１２のようにオイルストレーナ３を形成する管体３ｂ内に吸い上げられる。管体３ｂ内に吸い上げられたエンジンオイルがプレート７に当たるとピン６を軸としてスイッチ１０が矢示１３のように回転し、針体８が収容室４内に押し込まれる。針体８が収容室４内に押し込まれると収容室４内に収容された過冷却状態の潜熱蓄熱材５が発核し、発熱する。この熱が管体３ｂを介してエンジンオイルを昇温させる。すなわち、エンジン１の始動に伴ってエンジンオイルを昇温させることとなるので、冷間始動時に、早期にエンジンオイルを昇温させることができる。このように昇温した状態のエンジンオイルをエンジン１の潤滑各部に供給することでフリクションの低減、燃費性能の向上が達成される。また、エンジン本体を早期暖機完了状態とすることができる。

一方、エンジン１を停止すれば、オイルポンプも停止し、これに伴って矢示１２で示したようなエンジンオイルの流れも止まる。この結果、スイッチ１０を矢示１３のように回転させる力は消滅し、針体８を収容室４外へ復帰させるように装着されたスプリング９の働きによりスイッチ１０は元の位置に復帰する。このとき、収容室４内から収容室４外へ復帰する針体８は、管体３ｂに設けた穴３ｂ１から引き抜かれる形となり、針体８に付着していた潜熱蓄熱材５が拭い取られる。また、エンジン１の暖機が完了した後は、潜熱蓄熱材５は、管体３ｂを通じて熱を受け取って再び過冷却状態となる。このような状態でエンジン１は次回の始動に備えることとなる。

次に本発明の実施例２について図４を参照しつつ説明する。実施例２の潜熱蓄熱装置２４はオイルストレーナ３に組み込まれている点で実施例１の潜熱蓄熱装置１１と共通する。しかし、実施例１の潜熱蓄熱装置１１において本発明の受動体に相当するプレート７に代えて、管体３ｂ内を矢示２６のように流通するエンジンオイルの流れを受けて移動するフロート２０とした点で相違する。このフロート２０には接続ロッド２１を介して針体２２が連接されている。この針体２２は、収容室４内に配置されており、また、この針体２２を収容室４外へ復帰させるようにスプリング２３が装着されている。すなわち、実施例１の潜熱蓄熱装置１１におけるスイッチ１０に代えて、フロート２０、接続ロッド２１、針体２２、スプリング２３からなるスイッチ２５が装着されている。

このような構成の潜熱蓄熱装置２４は、エンジン１の始動により矢示２６で示したようにエンジンオイルが流通し始めるとスイッチ２５を構成するフロート２０が上昇し、これに伴って針体２２が収容室４内に押し込まれる。針体２２が収容室４内に押し込まれると収容室４内の潜熱蓄熱材５を発核させて発熱させる。この結果、管体３ｂ内を流通するエンジンオイルを昇温させることができる。
一方、エンジン１が停止し、エンジンオイルの流通が停止すれば、フロート２０を上昇させる力が消滅し、針体２２はスプリング２３によって元の位置に復帰する。すなわち、実施例１の潜熱蓄熱装置１１と同様の作用、効果を得ることができる。
なお、その他の構成は同一であるため、共通する構成要素については図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

次に本発明の実施例３について図５を参照しつつ説明する。実施例３の潜熱蓄熱装置３４はオイルストレーナ３に組み込まれている点で実施例２の潜熱蓄熱装置２４と共通するが、以下の点で実施例２の潜熱蓄熱装置２４と異なる。すなわち、潜熱蓄熱装置３４には、実施例２の潜熱蓄熱装置２４におけるスイッチ２５に代えてスイッチ３５が装着されている点で両者は異なる。このスイッチ３５は、管体３ｂ内を矢示３６のように流通するエンジンオイルの流れを受けて移動するフロート３０と、図５に示すように斜面３１ａを備えた押込片３１と、一端がこの押込片３１に取り付けられ、他端が収容室４内に臨む針体３２と、押込片３１と管体３ｂの内壁との間に挟持されたスプリング３３とで構成されている。

このような構成の潜熱蓄熱装置３４は、エンジン１の始動により矢示３６で示したようにエンジンオイルが流通し始めるとスイッチ３５を構成するフロート３０が上昇し、押込片３１の斜面３１ａに接触する。このようなフロート３０がさらに上昇しようとすると、押込片３１は、矢示３７のように移動し、これに伴って、針体３２が収容室４内へ押し込まれる。針体３２が収容室４内に押し込まれると収容室４内の潜熱蓄熱材５を発核させて発熱させる。この結果、管体３ｂ内を流通するエンジンオイルを昇温させることができる。
一方、エンジン１が停止し、エンジンオイルの流通が停止すれば、フロート３０を上昇させる力が消滅し、針体３２はスプリング３３によって元の位置に復帰する。すなわち、実施例１の潜熱蓄熱装置１１、実施例２の潜熱蓄熱装置２４と同様の作用、効果を得ることができる。
なお、その他の構成は同一であるため、共通する構成要素については図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。上記実施例では、オイルストレーナ３を形成する管体３ｂの周囲に収容室４を設置し、エンジンオイルを昇温させる構成としているが、冷却水パイプの周囲に収容室を設置した潜熱蓄熱装置とすることもできる。

実施例１の潜熱蓄熱装置を組み込んだオイルストレーナを備えたエンジンのオイルパン周辺の構成を示す模式図である。 図１に示したオイルストレーナの拡大図である。 スイッチの構成を示す拡大図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 実施例２の潜熱蓄熱装置を組み込んだオイルストレーナの拡大図である。 実施例３の潜熱蓄熱装置を組み込んだオイルストレーナの拡大図である。

符号の説明

１ エンジン
２ オイルパン
３ オイルストレーナ
３ａ 吸込口
３ｂ 管体
３ｂ１ 穴
４ 収容室
５ 潜熱蓄熱材
６ ピン
７ プレート
８、２２、３２ 針体
９、２３、３３ スプリング
１０、２５、３５ スイッチ
１１、２４、３４ 潜熱蓄熱装置
２０、３０ フロート
２１ 接続ロッド
３１ 押込片

Claims (6)

1. 内燃機関に流通する流体を昇温させる潜熱蓄熱装置であって、
   内燃機関に装着される流体流通管の周囲に配置した収容室と、
   当該収容室内に収容された潜熱蓄熱材と、
   前記流体流通管内を流通する流体の流れによって動作する受動体と、
   当該受動体の動作に伴って前記収容室内に対して出没する発核手段と、
   を有することを特徴とした潜熱蓄熱装置。
2. 請求項１記載の潜熱蓄熱装置において、
   前記発核手段を前記収容室外へ復帰させる付勢手段を備えたことを特徴とする潜熱蓄熱装置。
3. 請求項１又は２記載の潜熱蓄熱装置において、
   前記受動体は前記流体流通管内を流通する流体の流れを受けて前記流体流通管の壁側へ倒伏するプレートであり、
   前記発核手段は、前記プレートに連設され、当該プレートの倒伏に伴って前記収容室内へ押し込まれる針体であることを特徴とした潜熱蓄熱装置。
4. 請求項１又は２記載の潜熱蓄熱装置において、
   前記受動体は前記流体流通管内を流通する流体の流れを受けて移動するフロートであり、
   前記発核手段は、前記フロートの移動に伴って前記収容室内へ押し込まれる針体であることを特徴とする潜熱蓄熱装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項記載の潜熱蓄熱装置において、
   前記流体流通管は、オイルパン内のエンジンオイルを吸い上げるオイルストレーナを形成することを特徴とした潜熱蓄熱装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項記載の潜熱蓄熱装置を搭載したことを特徴とする内燃機関。
   

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