JP2014173461A - エンジンの冷却装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃料を燃焼させて動力を出力するエンジン(11)と、エンジンの動力を回転力に変換するクランク軸(11c)と、発電機とモータの機能を有しクランク軸に連結された発電体(12)と、発電体の回転軸に連結された冷却用のファン(16)と、発電体により発電された電気エネルギーを蓄積するバッテリ(18)と、バッテリから発電体への給電を制御可能な制御手段(20)とを備えたエンジンの冷却装置において、制御手段は、エンジンが停止された後にバッテリから発電体へ給電を行なって発電体をモータとして動作させて冷却用のファンを回転させるようにした。
【選択図】 図1
Description
かかる防音型エンジン発電機は、外部に漏れる運転音を低減することはできるものの、カバーで覆われているため、エンジン停止後に防音ケース(ケース)の温度が上昇して再始動性を低下させる要因となる。すなわち、運転中はクランクシャフトに連結された冷却ファンによりエンジンの冷却を行えるが、エンジンが停止すると冷却ファンも停止するため、ケース内の換気が行えず温度が上昇してしまい、エンジンの再始動性が低下してしまう。
そこで、エンジン停止後に防音ケース(ケース)の温度が上昇するのを防止できるようにした種々の発明が提案されている(例えば特許文献1〜4)。
特許文献3には、防音ケースに吸気口と排気口を設けるとともに防音ケースのベース部に発電機用冷却風通路を形成し、ベース側板に補助開口を設け、エンジン停止後は補助開口から外気を導入して発電機の冷却を行うようにしたものが開示されている。
特許文献4には、クランク軸に連動して回転される冷却ファンとは別個に電動ファンを設け、エンジン停止後の所定時間はバッテリの電源によって電動ファンを駆動させて冷却を行うようにしたものが開示されている。
一方、特許文献4に記載されているものは、冷却ファンとは別個に設けた電動ファンにより冷却を行うので、特許文献1〜3に記載されているものよりは効率よく冷却を行うことができる。しかし、冷却ファンとは別個に電動ファンを設けているため、ケースすなわち装置が大型化するとともにコストアップを招いてしまうという課題がある。また、タイマによって電動ファンを所定時間だけ駆動させるため、タイマの時間設定が難しく、時間が短いと充分な温度まで下げられない一方、時間が長いとバッテリから無駄に電流を流してしまうという課題がある。
また、本発明の他の目的は、エンジン停止後にバッテリから無駄に電流を流すことなくエンジンを冷却させることができる技術を提供することにある。
燃料を燃焼させて動力を出力するエンジンと、前記エンジンの動力を回転力に変換するクランク軸と、発電機とモータの機能を有し前記クランク軸に連結された回転電機と、前記回転電機の回転軸に連結された冷却用のファンと、前記回転電機により発電された電気エネルギーを蓄積するバッテリと、前記バッテリから前記回転電機への給電を制御可能な制御手段とを備えたエンジンの冷却装置であって、
前記制御手段は、前記エンジンが停止された後に前記バッテリから前記回転電機へ給電を行なって前記回転電機をモータとして動作させて前記冷却用のファンを回転させるように構成した。
防音ケースを備えたエンジンはケース内部に熱がこもってエンジン停止後に温度が上昇し易いが、エンジン停止後も冷却用ファンを回転させることで、エンジンを速やかに冷却させて再始動性を向上させることができ、防音型エンジンに特に有効である。
タイマを設けてエンジン停止後、所定時間だけ冷却用のファンを回転させることにより、温度センサを設ける必要がなくコストアップを回避しつつ再始動性を向上させることができる。
エンジンの上昇温度は、運転状態や時間によって異なる。また、同じ運転状態や時間であっても季節や使用する地域によっても上昇温度が異なることがあるが、温度センサを設けて所定温度以下になるまで冷却用のファンを回転させることにより、どのような状況下でも確実に再始動性を向上させることができる。
防音型エンジンにあっては、シリンダヘッドの近傍の温度が最も高くなる傾向があるので、このような場所に温度センサを設けることによって、より確実に再始動性を向上させることが可能となる。
これにより、温度センサが正常でない場合にはエンジン停止後、所定時間だけ冷却用のファンを回転させるため、エンジン停止後にバッテリから無駄に電流を流すことなくエンジンを冷却させることができる。
図1は、本発明を適用して好適なエンジンの一例としての防音型エンジン発電機の縦断面図である。
図1に示すように、本実施形態の防音型エンジン発電機10は、空冷式ガソリンエンジンのような内燃機関(以下、単にエンジンと称する)11と、該エンジン11により駆動され発電を行うとともにモータとしても動作可能な発電体12(回転電機)を有する。また、エンジン発電機10は、エンジン11に供給されるガソリンなどの燃料を貯留する燃料タンク13やエンジン11から排気される排気ガスを外部へ排気するマフラー14を有し、これらを収容し覆う筐状の防音ケース15が設けられている。なお、発電体12は、発電機として機能するとともに、エンジンのスタータ用のモータとしても機能するジェネレータモータである。
図1に示すように、クランク軸11cの前方側の軸部に発電体12が装着され、さらにその前方側に冷却用のファン16が装着されている。また、シリンダヘッド11aの前方側に燃料タンク13が配置され、シリンダヘッド11aおよびシリンダ11bの後方側にマフラー14が配置されている。なお、図1では、シリンダ11b内のピストンおよびピストンロッド並びにエンジン周辺の従来と同じ機能の部品については、図示を省略してある。
一方、上記マフラー14およびバッテリ18の後方側の防音ケース後壁には、冷却風排出口15Bが設けられ、該冷却風排出口15Bには多数の通風口を有する排出口カバー22が設けられている。
上記のように、熱に対して比較的弱いICなどの電子部品が実装されている制御基板20が冷却風取入口15Aに最も近い位置に配置されていることにより、充分な冷却が可能となり、熱による電子部品の異常でシステムが誤動作するのを回避できる。
なお、制御基板20によるこのクールダウン制御については、後に詳しく説明する。
本実施形態に使用される発電体12は、アキシャルギャップ型モータジェネレータ(以下、アキシャルモータと称する)である。アキシャルモータは、複数の磁石が周方向に整列して固定され回転軸に取り付けられている円盤状のロータ12aと、周方向に整列された複数のコイルを有し前記ロータ12aと回転軸方向に所定の間隔をおいて対向配置されたステータ12bとを備えて構成される。図1に示すアキシャルモータは、一対のロータ12aを備え、該ロータ12a間にステータ12bが配置されている。なお、アキシャルモータは、図1の構成に限定されることはなく、例えば、ロータ12aを一対のステータ12bで挟む構成や、ロータ12aとステータ12bがそれぞれ1つずつとする構成であってもよい。
アキシャルモータは薄型に構成できるとともに、発電機とエンジンのスタータ用のモータとを兼用することができるため、発電機とモータとを別個に設ける必要がなく、エンジン発電機を小型に構成できるという利点がある。また、アキシャルモータは、コギングトルクが小さいので、モータとして動作させる際の電力ロスを少なくすることができる。
図2には、本実施形態の防音型エンジン発電機10における電気的な制御システムの構成の概略が示されている。
図2に示すように、制御基板20上の制御装置には、防音ケース15の前壁上部前面等に設けられているスタートスイッチ31からの信号と、温度センサ23からの検出信号が入力されている。制御装置(20)は、これらのスイッチやセンサからの信号に基づいて燃料供給弁32の開閉や、点火プラグ33への給電、電源用のスイッチSW1,SW2のオン、オフを制御するように構成されている。
制御装置(20)は、先ずスタートスイッチ31がオンであるか否か判定する(ステップS1)。ここで、スタートスイッチ31がオンである(ステップS1:Yes)と判定すると、ステップS2へ進み、燃料供給弁32を開くとともに、点火プラグ33への給電を許可してプラグによる点火を開始させてからステップS3へ進む。
一方、ステップS1でスタートスイッチ31がオンでない(No)と判定すると、ステップS4へ移行し、燃料供給弁32を閉じるとともに、点火プラグ33への給電を遮断して点火を停止させるようにする。また、インバータユニット19の動作を停止させるとともに、スイッチSW1をオフの状態にさせる。これにより、エンジンが停止されるとともに、バッテリ18の充電が停止される。続いて、ステップS5へ進み、温度センサ23からの検出信号を見て防音ケース内の温度が予め設定した所定温度以下になっているか判定する。
上記のように、本実施形態のエンジン発電機においては、エンジン停止後は、発電体12をモータとして作動させて所定温度以下になるまで、または所定時間の間、冷却用のファンを回転させるようにしている。そのため、エンジン停止後に防音ケース内の温度上昇を抑制し、エンジンの再始動性を向上させることができる。また、エンジン停止後に冷却用のファン16を回転させて防音ケース内の冷却を行うとともに、燃料供給弁を閉じるようにしている。そのため、エンジン停止後の防音ケース内の温度上昇による燃料の蒸発ガス量を抑制し、環境へ与える悪影響も軽減することができる。
図4と図2の制御システムの差異は、図4の制御システムはタイマ24を備えており、制御装置(20)は温度センサ23からの検出信号のみならず、タイマの計時情報に基づいてスイッチSW1、SW2を制御するように構成されている点にある。
具体的には、温度センサ23が故障している場合には、タイマ24を起動して、エンジン停止後所定時間が経過すると冷却用のファン16の回転を停止させる制御を行うように構成されている。なお、図4では、タイマ24は、制御装置(20)を示すブロックの外側に示されているが、ソフトタイマとして制御装置(20)の内部に設けるようにしても良い。
以下、図5のフローチャートの相違部分について説明する。
図5の制御では、制御装置(20)は、ステップS1でスタートスイッチ31がオンでない(No)と判定すると、ステップS4へ移行し、燃料供給弁32を閉じ、スイッチSW1をオフの状態にさせるとともに、タイマ24を起動する。これにより、エンジンが停止されるとともにバッテリ18の充電が停止され、タイマ24が計時動作を開始する。
上記のようにタイマを用いた制御を、温度による制御と並行して行うことにより、温度センサ23が故障してもエンジン停止後に冷却用のファン16が回わりっぱなしになって、無駄にバッテリの電流を消費する状態が発生するのを回避することができる。
また、上記実施形態では、発電体12および冷却用のファン16の回転軸がクランク軸に直結されている構造について説明したが、発電体12や冷却用のファン16の回転軸がクランク軸にギヤ等を介して間接的に連結されている構造であっても良い。
さらに、上記実施形態では、本発明を防音型エンジン発電機に適用した場合について説明したが、本発明は、防音型エンジン発電機に限定されず、エンジンルームの狭い車載用のエンジンにも利用することができる。
11 内燃機関(エンジン)
11a シリンダヘッド
11b シリンダ
11c クランク軸
12 発電体(発電機兼モータ:アキシャルモータ)
13 燃料タンク
14 マフラー
15 防音ケース
15A 冷却風取入口
15B 冷却風排出口
16 冷却用のファン
18 バッテリ
19 インバータユニット
20 制御基板
21 取入口カバー
22 排出口カバー
23 温度センサ
24 タイマ
31 スタートスイッチ
32 燃料供給弁
Claims (6)
- 燃料を燃焼させて動力を出力するエンジンと、前記エンジンの動力を回転力に変換するクランク軸と、発電機とモータの機能を有し前記クランク軸に連結された回転電機と、前記回転電機の回転軸に連結された冷却用のファンと、前記回転電機により発電された電気エネルギーを蓄積するバッテリと、前記バッテリから前記回転電機への給電を制御可能な制御手段とを備えたエンジンの冷却装置であって、
前記制御手段は、前記エンジンが停止された後に前記バッテリから前記回転電機へ給電を行なって前記回転電機をモータとして動作させて前記冷却用のファンを回転させることを特徴とするエンジンの冷却装置。 - 前記エンジンは、当該エンジンと、前記回転電機と、前記冷却用のファンと、前記バッテリと、前記制御手段とを覆う防音ケースを備える防音型エンジンであることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの冷却装置。
- 計時用のタイマを備え、前記制御手段は、前記タイマの計時情報に基づき、前記エンジンが停止された後、所定時間が経過するまで前記バッテリから前記回転電機へ給電を行なって前記回転電機をモータとして動作させて前記冷却用のファンを回転させることを特徴とする請求項2に記載のエンジンの冷却装置。
- 前記防音ケースの内側であって、前記エンジンの近傍に配置された温度センサを備え、前記制御手段は、温度センサからの検出信号に基づいて前記エンジンが停止された後、所定温度以下になるまで前記冷却用のファンを回転させることを特徴とする請求項2に記載のエンジンの冷却装置。
- 前記温度センサは、前記エンジンのシリンダヘッドの外面もしくはその近傍に設けられていることを特徴とする請求項4に記載のエンジンの冷却装置。
- 計時用のタイマを備え、前記制御手段は、前記温度センサが正常か否か判定し、前記温度センサが正常である場合には、前記エンジンが停止された後、所定温度以下になるまで前記冷却用のファンを回転させ、前記温度センサが正常でない場合には、前記タイマの計時情報に基づき前記エンジンが停止された後、所定時間が経過するまで前記冷却用のファンを回転させることを特徴とする請求項5に記載のエンジンの冷却装置。
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