JP2013036435A

JP2013036435A - エンジンの暖機装置

Info

Publication number: JP2013036435A
Application number: JP2011175030A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Koyanagi; 正明小柳
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2013-02-21

Abstract

【解決手段】排気手段２１とエンジン本体１内のベアリングキャップ１２とにわたって、潤滑油６を昇温させる複数のヒートパイプ２６が設けられている。より詳細には、排気管２３には受熱部材２５が連結されており、この受熱部材２５に５本のヒートパイプ２６の一端２６Ａが連結されている。各ヒートパイプ２６の他端２６Ｂは、クランクシャフト１１における各ジャーナル部１１Ａのベアリングキャップ１２に接合されている。
【効果】エンジンの暖機時には、排気ガスの熱が各ヒートパイプ２６を介して各ベアリングキャップ１２へ伝熱されるので、クランクジャーナル部１１Ａ内の潤滑油６が速やかに昇温される。暖機時のフリクションロスを低減させて、燃費が良好なエンジンを提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジンの暖機装置に関し、より詳しくは、排気ガスの熱を利用して潤滑油を昇温させるようにしたエンジンの暖機装置に関する。

従来、排気ガスを利用したエンジンの暖機装置が提案されている（例えば特許文献１）。
この特許文献１の装置においては、排気管の途中に昇降可能な可動管を設けるとともに、ヒートパイプの一端を上記可動管に貫入する一方、ヒートパイプの他端をオイルパンに貫入している。そして、暖機時においては、排気ガスの熱が上記ヒートパイプを介してオイルパン内の潤滑油に伝達されるので、該潤滑油が昇温されるようになっている。また、上記ヒートパイプは高さの低い側から高い側へ熱を伝熱する性質を備えており、潤滑油の温度が上昇するとアクチュエータによって上記可動管とヒートパイプの一端が所定高さまで上昇されるようになっている。その際にはヒートパイプの他端はヒートパイプの一端よりも高さが低くなるので、ヒートパイプを介しての排気ガスの熱の伝熱が阻止されて、潤滑油の温度の上昇が停止されるようになっている。

実開昭６２−１９０８１５号公報

ところで、従来、エンジンの暖機時においては、エンジン内の摺動部の摩擦を低減させるために、オイルパン内の潤滑油を速やかに昇温させることが要望されている。しかしながら、特許文献１の装置においては、暖機時にヒートパイプを介してオイルパン内の潤滑油を昇温させているので、オイルパン内の潤滑油の温度が上昇するまでに時間が掛かるという欠点があった。したがって、上記従来の暖機装置においては、暖機時のフリクションロスが大きくなり、ひいてはエンジンの燃費が低下するという欠点があった。

上述した事情に鑑み、本発明は、クランクシャフトの複数のジャーナル部を軸支する複数のメインベアリング部およびそこに連結されたベアリングキャップとを有するエンジン本体と、潤滑油を貯溜するオイルパンと、上記エンジン本体に形成されて潤滑油が流通する潤滑油供給通路と、エンジン本体に接続されて排気ガスを排出する排気手段とを備えて、上記オイルパン内の潤滑油を上記潤滑油供給通路を介して上記クランクシャフトの摺動部へ供給するようにしたエンジンの暖機装置において、
上記排気手段と上記各ベアリングキャップにわたって伝熱手段を設けて、暖機時においては上記伝熱手段を介して排気ガスの熱をベアリングキャップへ伝熱させて、クランクシャフトの各ジャーナル部の潤滑油を昇温させるようにしたものである。

このような構成によれば、エンジンの暖機時においては、伝熱手段を介して排気ガスの熱がベアリングキャップへ伝熱されるので、クランクシャフトのジャーナル部の潤滑油が速やかに昇温される。そのため、暖機時におけるフリクションロスを低減させることができ、燃費の良好なエンジンを提供することができる。

本発明の一実施例を示す要部の断面図。一部を断面で示した図１の要部の左側面図。図１の要部の拡大図。図１の要部の作動状態を示す拡大図。本発明の第２実施例を示す正面図。本発明の第３実施例を示す断面図。

以下図示実施例について本発明を説明すると、図１ないし図２は自動車用エンジンの要部を示したものである。図１ないし図２において、エンジン本体１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３とを備えており、シリンダブロック２の下部にクランクケース４が連結されており、さらにクランクケース４の下部にオイルパン５が連結されている。このオイルパン５内にエンジンオイルとしての潤滑油６が貯溜されている。

クランクケース４およびシリンダブロック２内にクランクシャフト１１が設けられている。このクランクシャフト１１の各ジャーナル部１１Ａは、シリンダブロック２の各メインベアリング部２Ａとそこに連結されたベアリングキャップ１２およびそれら各部の内周面に装着されたすべり軸受１３によって回転自在に軸支されている。クランクシャフト１１の各ピン部１１Ｂにはコンロッド１４を介してピストン１５が連結されている。
本実施例のエンジンはシリンダ１０を４つ備えた４気筒のエンジンであり、従ってクランクシャフト１１は、４箇所のピン部１１Ｂと５箇所のジャーナル部１１Ａを備えている。上記クランクシャフト１１の各ジャーナル部１１Ａを軸支するために、上記メインベアリング部２Ａは５箇所形成されており、それらの各箇所にベアリングキャップ１２が合計５個連結されている。
クランクシャフト１１における各ジャーナル部１１Ａと隣接位置の各ピン部１１Ｂおよび各すべり軸受１３とにわたって、各部の軸心に対して傾斜させた図示しない給油通路が形成されている。

他方、シリンダブロック２には、上記クランクシャフト１１の摺動部であるジャーナル部１１Ａ、ピン部１１Ｂに潤滑油６を供給するための潤滑油供給通路１６が形成されている。図１に示すように、この潤滑油供給通路１６は、クランクシャフト１１の長手方向に沿ってシリンダーブロック２に形成された主供給通路１６Ａと、この主供給通路１６Ａから分岐して各メインベアリング部２Ａの内周面に開口する分岐通路１６Ｂと、上記主供給通路１６Ａと上記オイルパン５内とを連通させ、かつ図示しないオイルポンプが設けられる導入通路とを備えている。なお、オイルポンプの駆動時においては、潤滑油供給通路１６内に潤滑油６が常時導入された状態となっている。
そして、クランクシャフト１１が回転されるエンジンの暖機時（作動時）においては、オイルパン５内の潤滑油６は、図示しないオイルポンプにより潤滑油供給通路１６を介して各ジャーナル部１１Ａへ供給されるとともに、前述したクランクシャフト１１内の図示しない給油通路を経由してピン部１１Ｂへ供給されるようになっている。

また、エンジンの暖機時（作動時）においては、シリンダ１０内の燃焼ガスは、シリンダヘッド３の排気口３Ａとそこに接続された排気手段２１を介して排出されるようになっている。この排気手段２１は、各分岐端２２Ａを各排気口３Ａに接続されたエキゾーストマニホールド２２と、エキゾーストマニホールド２２の外方端２２Ｂに接続された排気管２３とを備えている。

しかして、本実施例は上述した構成のエンジンを前提として、エンジンの暖機時において潤滑油６の温度を速やかに上昇させるために、排気手段２１と各ベアリングキャップ１２とにわたって伝熱手段２４を設けたことが特徴である。
伝熱手段２４は、排気手段２１に取り付けた受熱部材２５と、この受熱部材２５と各ベアリングキャップ１２とにわたって設けられた合計５本のヒートパイプ２６と、排気ガスの熱を各ヒートパイプ２６に伝熱される状態とされない状態とに切り換え可能な断続機構２７とを備えている。
上記エキゾーストマニホールド２２の外方端２２Ｂと排気管２３の一端２３Ａとの接続箇所に受熱部材２５を介在させてあり、それらの部材は複数の連結ボルト２８により一体に連結されている。

受熱部材２５は耐熱性と伝熱性がある部材から構成されている。この受熱部材２５には下方に向けて伸びる延長部２５Ａが形成されている。そして、この延長部２５Ａの下端に、各ヒートパイプ２６における一端２６Ａが連結されている。各ヒートパイプ２６は、その内部が真空となった銅製で中空のパイプである。

各ヒートパイプ２６は、受熱部材２５の延長部２５Ａの位置からクランクケース４に向けて斜め下方へ伸びてからクランクケース４の貫通孔４Ａを貫通させてクランクケース４内に挿入されている。そして、各ヒートパイプ２６の他端２６Ｂとその隣接位置の放熱部２６Ｃは、各ベアリングキャップ１２の下面１２Ａに接合されている（図３参照）。
ヒートパイプ２６の他端２６Ｂを含めた放熱部２６Ｃはベアリングキャップ１２の下面１２Ａに接合されている。接合方法としては、ロウ付けが好ましい。

エンジンが作動されてシリンダ１０内の排気ガスが排気手段２１を介して排気される際には、排気ガスの熱が受熱部材２５へ伝熱され、さらに各ヒートパイプ２６を介して各ベアリングキャップ１２へ伝熱されることになる。それにより、クランクシャフト１１の各ジャーナル部１１Ａの潤滑油６が昇温されるようになっている。
この際の伝熱経路は、図１に想像線で示したとおりである。このように、本実施例においては、各ベアリングキャップ１２をヒートパイプ２６の放熱部２６Ｃによって直接加熱することで各ジャーナル部１１Ａの潤滑油６を加熱するようになっている。そのため、エンジンの暖機時においては、各ヒートパイプ２６の放熱部２６Ｃによって昇温させた各ジャーナル部１１Ａの潤滑油６をクランクシャフト１１の摺動部であるジャーナル部１１Ａ、ピン部１１Ｂへ速やかに供給することができる。

なお、本実施例においては、図１に示すように各ヒートパイプ２６の一端２６Ａは、各ヒートパイプ２６の他端２６Ｂよりも高さが高い状態に維持されている。また、各ヒートパイプ２６を貫通させたクランクケース４の貫通孔４Ａには、該貫通孔４Ａとヒートパイプ２６との間の液密を維持するために、断熱シール部材３１が装着されている。

さらに、本実施例においては、排気ガスの熱をヒートパイプ２６に伝熱する状態と伝熱しない状態とに切り換え可能な断続機構２７を上記延長部２５Ａに設けている（図１参照）。断続機構２７は、図示しないブラケットに固定されたソレノイド３２を備えており、このソレノイド３２の可動軸３２Ａの先端に断面台形となる伝熱部材３３を取り付けている。この伝熱部材３３は熱伝導率が高い部材からなり、かつ、伝熱部材３３は全体として横長の棒状となっている。

一方、上記伝熱部材３３の断面形状に合わせて、この伝熱部材３３の対向位置となる延長部２５Ａに断面台形の空間からなる切断部２５Ｂが形成されている。つまり、延長部２５Ａは、切断部２５Ｂを挟んで上下で分離されている。
また、切断部２５Ｂよりも下方となる延長部２５Ａには、温度センサー３４が取り付けられており、この温度センサー３４によって検出された延長部２５Ａの温度、すなわちヒートパイプ２６の一端２６Ａの温度は図示しない制御手段へ伝達されるようになっている。
上記ソレノイド３２は、制御手段によって作動を制御されるようになっており、制御手段によってソレノイド３２が作動されていない状態では、伝熱部材３３が切断部２５Ｂに嵌合されて密着した状態となっている（図１に示す状態）。つまり、この状態であれば、排気ガスの熱は受熱部材２５、伝熱部材３３を介してヒートパイプ２６に伝熱されるようになっている。

他方、受熱部材２５の温度は上記温度センサー３４によって検出されて制御手段に伝達されるようになっている。そして、温度センサー３４が検出した延長部２５Ａの温度、つまり、各ヒートパイプ２６の一端２６Ａの温度が所定温度となると、制御手段は上記ソレノイド３２を作動させるようになっている。その際には可動軸３２Ａにより伝熱部材３３が後退されて、それまで接触していた切断部２５Ｂから離隔する（図４参照）。これにより、排気ガスの熱は受熱部材２５から各ヒートパイプ２６へ伝熱されなくなる。つまり、各ヒートパイプ２６によるベアリングキャップ１２への伝熱が停止されるようになっている。
このように、本実施例においては、各ヒートパイプ２６によって潤滑油６が加熱され過ぎるのを防止するために上記断続機構２７が設けられており、従って、クランクシャフト１１の摺動部に供給される潤滑油６が過剰に昇温されないようになっている。

以上の構成において、エンジンの非作動状態においては、図１に示すように断続機構２７のソレノイド３２は作動されていないので、伝熱部材３３は受熱部材２５の切断部２５Ｂに接触した状態となっている。
この状態からエンジンが作動されて暖機が開始されると、オイルパン５内の潤滑油６は図示しないポンプによって潤滑油通路１６を介してクランクシャフト１１の摺動部であるジャーナル部１１Ａ、ピン部１１Ｂへ供給される。
その際に、排気ガスの熱は受熱部材２５を介して各ヒートパイプ２６へ伝熱され、さらにその放熱部２６Ｃからベアリングキャップ１２を経由して各ジャーナル部１１Ａの潤滑油６へ伝熱される。そのため、クランクシャフト１１における各ジャーナル部１１Ａの潤滑油が速やかに昇温され、該昇温された潤滑油６がクランクシャフト１１の摺動部である各ジャーナル部１１Ａ、ピン部１１Ｂへ供給される。

このように、本実施例においては、クランクシャフト１１の摺動部に近い箇所で昇温された潤滑油６が摺動部である各ジャーナル部１１Ａ、各ピン部１１Ｂに供給される。そのため、本実施例においては、暖機時におけるフリクションロスを低減させることができ、ひいてはエンジンの燃費を向上させることができる。また、上記特許文献１では、オイルパン内の潤滑油を加熱して、それをクランクシャフト等へ供給しているが、本実施例においては、各ジャーナル部１１Ａに近接した位置で潤滑油を加熱し、それを各ジャーナル部１１Ａへ供給するようにしている。そのため、本実施例は、上記特許文献１の装置よりも暖機時のフリクションロスを低減させることができ、燃費も向上させることができる。
また、上述したエンジンの暖機開始後において、温度センサー３４によって検出したヒートパイプ２６Ａの一端２６Ａの温度が所定温度以上となると、図示しない制御手段は断続機構２７のソレノイド３２を作動させる（図４参照）。そのため、ソレノイド３２の可動軸３２Ａが後退されて伝熱部材３３が切断部２５Ｂから離隔するので、伝熱部材３３から各ヒートパイプ２６への伝熱が停止される。従って、この時点移行は、所定温度以上に潤滑油６が昇温されることはない。

なお、伝熱効率を考慮すると、上記各ヒートパイプ２６の受熱部と放熱部間の長さが短いことが好ましく、さらに各ヒートパイプ２６は出来るだけ熱伝熱率が大きいことが好ましい。
また、上記実施例においては断続機構２７を設けて、排気ガスの熱が各ヒートパイプ２６に伝熱される状態とされない状態とに切り換え可能に構成されているが、このような機械的な構成を採用する代わりに、受熱部材２５として特殊な材料を採用してもよい。例えば、温度の上昇による化学変化や相変化によって熱抵抗が増加する特殊な材料を上記受熱部材２５として用いても良い。この場合には、排気ガスの熱によって受熱部材２５が加熱された際に該受熱部材２５の熱抵抗が増加する。それにより、受熱部材２５を介して各ヒートパイプ２６への伝熱が抑制されることになるので、上述した断続機構２７を用いた場合と同等の効果を得ることが可能である。

次に、図５は本発明の第２実施例を示したものである。上記第１実施例においては、受熱部となる各ヒートパイプ２６の一端２６Ａが、放熱部２６Ｃよりも高さが高くなるように構成されていたが、この第２実施例においてはヒートパイプ１２６の一端１２６Ａ（受熱部）と放熱部１２６Ｃの高さを逆にしたものである。すなわち、第２実施例においては、ベアリングキャップ１１２よりも下方位置となる排気管１２３の外周部に板状の受熱部材１２５を連結している。そして、この受熱部材１２５の長手方向の一端に５本のヒートパイプ１２６の一端１２６Ａを連結している。これにより、受熱部である各ヒートパイプ１２６の一端１２６Ａは、放熱部１２６Ｃおよび他端１２６Ｂよりも高さが低い状態に維持されている。つまり、各ヒートパイプ１２６は、いわゆる「ボトムヒート」の配置となっている。
また、受熱部材１２５における他端側の位置には断続機構１２７が配置されており、さらに、受熱部材１２５の所要位置には温度センサー１３４が配置されている。断続機構１２７のソレノイド１３２が作動されていない状態では、受熱部材１２５の切断部１２５Ｂに伝熱部材１３３が接触しているので、排気ガスの熱は受熱部材１２５から各ヒートパイプ１２６へ伝熱されるようになっている。
他方、受熱部材１２５、各ヒートパイプ１２６の温度が所定温度以上まで上昇した場合には温度センサー１３４によって検出されて、図示しない制御手段へ検出温度が伝達される。すると、制御手段は断続機構１２７のソレノイド１３２を作動させるので、伝熱部材１３３が切断部１２５Ｂから離隔し、排気ガスの熱は各ヒートパイプ１２６へ伝熱されないようになっている。なお、この第２実施例においては、上記第１実施例と対応する各部材にそれぞれ１００を加算した部材番号を付している。
このような構成の第２実施例のエンジンであっても、上記第１実施例と同様の作用・効果を得ることができる。また、この第２実施例においては、受熱部としての各ヒートパイプ１２６の一端１２６Ａが放熱部１２６Ｃよりも高さが低いボトムヒートの構成となっている。そのため、各ヒートパイプ１２６の最大熱輸送量が増大して熱抵抗が下がるので、上記第１実施例よりも速やかに潤滑油６を昇温させることが可能である。

さらに、図６は本発明を水平対向エンジンに適用した第３実施例を示したものである。この第３実施例においては、クランクシャフト２１１よりも右方側となるピストン２１５用の排気管２２３の途中に受熱部材２２５を水平に連結している。そして、複数のヒートパイプ２２６の一端２２６Ａを受熱部材２２５に連結する一方、各ヒートパイプ２２６の他端２２６Ｂおよび放熱部２２６Ｃをエンジン本体１内のベアリングキャップ２１２に連結している。この第３実施例においても、受熱部である各ヒートパイプ２２６の一端２２６Ａは、放熱部２２６Ｃおよび他端２２６Ｂよりも高さが低い状態に維持されている。つまり、各ヒートパイプ２２６は、「ボトムヒート」の配置となっている。
受熱部材２２５には断続機構２２７が配置されており、さらに、受熱部材２２５の所要位置には温度センサー２３４が配置されている。断続機構２２７のソレノイド２３２が作動されていない状態では、受熱部材２２５の切断部２２５Ｂに伝熱部材２３３が接触しているので、排気ガスの熱は受熱部材２２５から各ヒートパイプ２２６へ伝熱されるようになっている。
なお、この図６では図示していないが、クランクシャフト２１１よりも左方側の複数のピストン２１５にも上記右方のピストン２１５側と同様の受熱部材２２５、ヒートパイプ２２６および断続機構２２７が設けられている。つまり、この第３実施例においては、左右２組のピストン２１５に対応させて左右一対の伝熱手段２２４が配設されている。なお、この第３実施例においては、上記第１実施例と対応する各部材にそれぞれ２００を加算した部材番号を付している。
このような構成の第３実施例であっても、上述した第１実施例および第２実施例と同様の作用・効果を得ることができる。

なお、上記第１実施例の伝熱手段２４においては、受熱部材２５に複数のヒートパイプ２６を連結した構成となっているが、受熱部材２５と複数のヒートパイプ２６とを単一の伝熱部材によって構成しても良い。つまり、その場合には、単一の伝熱部材と、それに設ける断続機構２７とによって伝熱手段２４が構成されることになる。

１‥エンジン本体２Ａ‥メインベアリング部
５‥オイルパン６‥潤滑油
１１‥クランクシャフト１１Ａ‥ジャーナル部
１２‥ベアリングキャップ１６‥潤滑油供給通路
２１‥排気手段２４‥伝熱手段

Claims

クランクシャフトの複数のジャーナル部を軸支する複数のメインベアリング部およびそこに連結されたベアリングキャップとを有するエンジン本体と、潤滑油を貯溜するオイルパンと、上記エンジン本体に形成されて潤滑油が流通する潤滑油供給通路と、エンジン本体に接続されて排気ガスを排出する排気手段とを備えて、上記オイルパン内の潤滑油を上記潤滑油供給通路を介して上記クランクシャフトの摺動部へ供給するようにしたエンジンの暖機装置において、
上記排気手段と上記各ベアリングキャップにわたって伝熱手段を設けて、暖機時においては上記伝熱手段を介して排気ガスの熱をベアリングキャップへ伝熱させて、クランクシャフトの各ジャーナル部の潤滑油を昇温させることを特徴とするエンジンの暖機装置。
上記伝熱手段は、排気ガスの熱が上記ベアリングキャップへ伝熱される状態と伝熱されない状態とに切り換え可能な断続機構を備え、
上記排気手段から伝熱された温度が所定温度以上となったら、上記排気手段からベアリングキャップへの伝熱は上記断続機構により阻止されることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの暖機装置。
上記伝熱手段は、排気手段に取り付けられた受熱部材と、一端を上記受熱部材に連結されるとともに他端を上記各ベアリングキャップに接合された複数のヒートパイプとを備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの暖機装置。
上記伝熱手段は、排気ガスの熱が上記各ヒートパイプへ伝熱される状態と伝熱されない状態とに切り換え可能な断続機構を備え、
上記受熱部材の温度が所定温度以上となったら、上記受熱部材から各ヒートパイプへの伝熱が上記断続機構により阻止されることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの暖機装置。