JP3598662B2

JP3598662B2 - 冷却液および潤滑油の保温装置

Info

Publication number: JP3598662B2
Application number: JP16483696A
Authority: JP
Inventors: 博之福永; 直也加藤; 融吉永; 敏夫森川; 和貴鈴木
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 1996-06-25
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2016-06-25
Also published as: JPH108955A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水等を冷却媒体とする液冷式内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ。）において、エンジン停止中の冷却液（冷却水）および潤滑油（エンジンオイル）を保温する保温装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジンの燃費向上およびエンジンから排出される排気ガス中の有害物質の低減への要求が益々高まってきている。
ところで、周知のように、エンジン始動直後、すなわちエンジンが冷えた状態では、エンジンの燃焼状態が不安定であり、かつ、排気ガス中の有害物質を浄化する触媒が活性化温度まで達していないので、最も有害物質の排出量が多くなる。同様に、エンジン始動直後は、エンジンオイルの温度が所定温度まで上昇していないため、エンジンオイルの粘度（粘性抵抗）が大きく、クランクの軸受部やピストン等の摺動部での摩擦抵抗（フリクションロス）が大きくなり、燃費が低下する。したがって、上記要求を達成するには、エンジン始動時に、冷却水およびエンジンオイルそれぞれが、すでに所定の適正温度まで上昇している必要性がある。因みに、エンジンオイルの適正温度は、エンジンオイルの種類によってに異なるが約１００℃〜１１０℃であり、冷却水の適正温度は約８０℃である。
【０００３】
この必要性を実現するため、例えば昭６３−７３５７８号公報では、上記要求を満たすべく、冷却水用保温タンクおよびエンジンオイル用保温タンクをそれぞれ設け、エンジン稼働時の高温の冷却水およびエンジンオイルを各保温タンクで保温貯蔵し、エンジン始動時に各保温タンク内の冷却水およびエンジンオイルをエンジンに向けて流出する手段が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に記載の手段を実際に適用する際には、保温タンクの保温能力が上記要求の実現に対して大きな影響を有している。
これに対して、上記公報には、保温タンクの保温能力の向上を図るための具体的な記載がされていない。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、保温能力の向上を図った冷却液および潤滑油の保温装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、潤滑油の温度が冷却液の温度に比べて高い点に着目してなされたもので、具体的には、以下の技術的手段である。
請求項１に記載の発明では、液冷液を蓄える冷却液タンク部（１０４）内に潤滑油を蓄えるオイルタンク部（１０２）を形成したことを特徴とする。
【０００７】
これにより、金属等に比べて熱伝導率の小さい冷却液が充満した冷却液タンク部（１０４）は、断熱層として機能する。したがって、断熱層（１０５）のみによって潤滑油を保温する保温装置に比べて、保温能力の向上を図ることができる。
請求項２に記載の発明では、潤滑油を蓄えるオイルタンク部（１０２）内に液冷液を蓄える冷却液タンク部（１０４）を形成したことを特徴とする。
【０００８】
これにより、金属等に比べて熱伝導率の小さい潤滑油が充満したオイルタンク部（１０２）は、断熱層として機能する。したがって、断熱層（１０５）のみによって冷却液を保温する保温装置に比べて、保温能力の向上を図ることができる。また、請求項１、２に記載の発明では、冷却液タンク部（１０４）とオイルタンク部（１０２）との間に、冷却液タンク部（１０４）とオイルタンク部（１０２）との間の熱移動量が所定量となるように設定する空隙層（１０７）を形成したことを特徴とする。
【０００９】
これにより、後述するように、空隙層（１０７）の厚み（冷却液タンク部（１０４）とオイルタンク部（１０２）との距離）によって決定する空隙層（１０７）の熱伝導率を適切な値にすることにより、オイルタンク部（１０２）および冷却水タンク部（１０４）両者の保温能力の向上を図ることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、オイルタンク流入口（１１０）およびオイルタンク流出口（１１１）のうち少なくとも一方に、連通状態を制御するオイルタンクバルブ（１１２）を設け、液冷式内燃機関（２）の停止時に、オイルタンクバルブ（１１２）を閉じることを特徴とする。
【００１１】
これにより、後述するように、オイルタンク部（１０２）内外間の熱伝導および熱伝達が防止することができるので、オイルタンク部（１０２）の保温能力の向上を図ることができる。請求項４に記載の発明では、冷却液タンク流入口（１１４）および冷却液タンク流出口（１１５）のうち少なくとも一方に、連通状態を制御する冷却液タンクバルブ（１１６）を設け、液冷式内燃機関（２）の停止時に、冷却液タンクバルブ（１１６）を閉じることを特徴とする。
【００１２】
これにより、後述するように、冷却液タンク部（１０４）内外間の熱伝導および熱伝達が防止することができるので、冷却液タンク部（１０４）の保温能力の向上を図ることができる。請求項５に記載の発明では、冷却液タンク部（１０４）およびオイルタンク部（１０２）のうち少なくとも一方に、電気ヒータ（１１９）を設けたことを特徴とする。
【００１３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る冷却液および潤滑油の保温装置（以下、保温装置と略す。）１と、車両走行用のエンジン２の冷却水系３、およびエンジン２内を循環するエンジンオイル（潤滑油）の潤滑系４との関係を示す模式図である。なお、保温装置１の詳細構造は後述する。
【００１５】
冷却水系３のうち、５はエンジン２のシリンダブロックに形成された冷却水が流通するウォータジャケットを示しており、このウォータジャケット５を流出した冷却水の一部は、ラジエータ６に流入し、空気との間で熱交換が行われて冷却される。そして、ラジエータ６にて熱交換を終えた冷却水は、冷却水温度に応じて冷却水回路７を開閉する周知のサーモスタット８を経てウォータジャケット５に還流する。
【００１６】
なお、９はエンジン２から駆動力を得て回転するウォータポンプであり、１０は、冷却水温度が低いときに、冷却水がラジエータ６を迂回するためのバイパス開口部である。
また、潤滑系４のうち、１１はエンジン２から駆動力を得て回転するオイルポンプであり、このオイルポンプ１１は、エンジン２の下方部位に位置するオイルパン１２内に溜まっているエンジンオイルを吸入し、保温装置１およびシリンダヘッド部（図示せず）の動弁機構に向けて圧送する。
【００１７】
そして、保温装置１から流出したエンジンオイルは、エンジン２のクランク（図示せず）を回転可能に支持するプレーンベアリング１３に、所定の圧力を維持した状態で流れ込み、その後、オイルパン１２に還流する。
なお、１４は、エンジンオイル中のスラッジや金属片等を取り除くオイルフィルタであり、１５はオイルポンプ１１の吐出圧力が規定値以上に上昇したとき、オイルパン１２にエンジンオイルを還流させて吐出圧力を開放するリリーフバルブである。
【００１８】
次に、保温装置１の構造について述べる。
１０１はエンジンオイルを蓄えるオイルタンク部１０２を形成するオイルタンク壁であり、１０３はオイルタンク壁１０１の外側全体を覆って、オイルタンク壁１０１との間に冷却水を蓄える冷却水タンク部（冷却液タンク部）１０４を形成する冷却水タンク壁である。
【００１９】
そして、冷却水タンク壁１０３の外側には、冷却水タンク壁１０３全体を覆うようにして真空の断熱空隙部（断熱層）１０５を形成する外側タンク壁１０６が形成されている。一方、オイルタンク壁１０１と冷却水タンク壁１０３との間には、オイルタンク部１０２から冷却水タンク部１０４への熱移動量が、所定量となるように熱移動量を規制する空隙層１０７を形成する内側タンク壁１０８が形成されている。
【００２０】
また、この空隙層１０７内には、所定の熱伝導率を有する樹脂からなる熱伝導部材１０９が充填されており、後述するように、この充填された熱伝導部材１０９の熱伝導率およびオイルタンク壁１０１と内側タンク壁１０８との間の距離を適切に選定することにより、保温装置１の保温能力の向上を図ることができる。なお、オイルタンク壁１０１、冷却水タンク壁１０３、外側タンク壁１０６おび内側タンク壁１０８は、耐食性に優れたステンレス材にて形成されている。
【００２１】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
本実施形態によれば、冷却水タンク部１０４の内側にオイルタンク部１０２が形成されているので、金属等に比べて熱伝導率の小さい冷却水が充満した冷却水タンク部１０４は断熱層として機能する。したがって、真空の断熱空隙部１０５のみによってエンジンオイルを保温する保温装置に比べて、保温能力の向上を図ることができる。
【００２２】
ところで、冷却水タンク部１０４内の冷却水の熱は、保温装置１の外部に放熱される。一方、エンジンオイルは冷却水より温度が高いため、エンジンオイルの熱が冷却水に移動するので、このエンジンオイルから移動してきた熱によって冷却水の温度低下を抑制することができる。したがって、上記公報に記載のように、冷却水を単独の保温装置によって保温するものに比べて、保温能力の向上を図ることができる。
【００２３】
なお、図２は本実施形態に係る保温装置１において、エンジンオイルおよび冷却水の温度変化を示す模式的なグラフであり、一点鎖線はエンジンオイルの温度変化を示し、実線は冷却水の温度変化を示し、破線は上記公報に記載のように、冷却水を単独の保温装置によって保温した場合の温度変化を示している。そして、図２から明らかなように、冷却水はエンジンオイルから熱を受け取った分だけ温度低下が抑制される。
【００２４】
ところで、オイルタンク部１０２と冷却水タンク部１０４との間には、熱伝導部材１０９が充填された空隙層１０７が介在しているので、エンジンオイルから冷却水への（単位時間当たりの）熱移動量は、空隙層１０７の厚み（オイルタンク壁１０１と内側タンク壁１０８との距離）、および熱伝導部材１０９の熱伝導率に大きく影響される。なお、以下、空隙層１０７の厚みおよび熱伝導部材１０９の熱伝導率によって決定する合成熱伝導率を、単に、空隙層１０７の熱伝導率λと呼ぶ。
【００２５】
したがって、例えば空隙層１０７の熱伝導率λが大きい場合は、エンジンオイルから冷却水への熱移動量が大きくなるので、エンジンオイルの温度が早く低下するとともに、冷却水と外気（保温装置１の外部温度）との差が大きくなるので、特にエンジン２の停止直後では、冷却水から外気へと移動する熱量が増加する。
【００２６】
一方、空隙層１０７の熱伝導率λが小さい場合は、オイルタンク部１０２の保温能力は向上するが、エンジンオイルから冷却水への熱移動量が小さくなるので、冷却水タンク部１０４での保温能力は、上記公報に記載のように、冷却水を単独の保温装置によって保温した場合と同等になる。
したがって、空隙層１０７の熱伝導率λを適切な値にすることにより、オイルタンク部１０２および冷却水タンク部１０４両者の保温能力の向上を図ることができる。
【００２７】
（第２実施形態）
本実施形態は、保温装置１の保温能力の向上をさらに図ったものでる。
すなわち、図３に示すように、オイルタンク部１０２に連通して、エンジンオイルが流通するオイルタンク流入口１１０およびオイルタンク流出口１１１それぞれに、逆止弁（オイルタンクバルブ）１１２、１１３を配設するとともに、冷却水タンク部１０４に連通して、冷却水が流通する冷却水タンク流入口１１４および冷却水タンク流出口１１５それぞれに、電磁弁等の開閉弁（冷却液タンクバルブ）１１６、１１７を配設したものである。
【００２８】
なお、逆止弁１１２、１１３は、エンジンオイルの圧力が約０．２〜０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２程度まで上昇した時に開弁するようにバネ手段１１２ａ、１１３ａによって設定されている。
そして、逆止弁１１２は、オイルタンク部１０２内のエンジンオイルがオイルタンク流入口１１０から流出することを防止する向きに設けられ、逆止弁１１３は、エンジンオイルがオイルタンク流出口１１１からオイルタンク部１０２内に逆流することを防止する向きに設けられている。したがって、エンジン２（オイルポンプ１１）が停止した際には、逆止弁１１２、１１３は閉じる。
【００２９】
因みに、１１８は、各流出入口１１０、１１１、１１４、１１５部位での熱移動を抑制するために設けられた樹脂等からなる断熱部材である。
そして、以上に述べた構成において、エンジン停止時には、開閉弁１１６、１１７を閉じる。これにより、各流出入口１１０、１１１、１１４、１１５が閉じられるので、各流出入口１１０、１１１、１１４、１１５からエンジンオイルおよび冷却水を媒体として保温装置１の外部に熱が伝導することが防止される。
【００３０】
さらに、エンジンオイルおよび冷却水が、対流等により保温装置１の外部に流れ出すことが防止されるので、保温装置１の外部に熱が伝達することが防止される。
以上に述べたように、本実施形態によれば、保温装置１内外間の熱伝導および熱伝達が防止することができるので、保温装置１の保温能力の向上を図ることができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、冷却水タンク１０４の流出入口１１４、１１５の開閉に電磁弁を使用し、オイルタンク１０２の流出入口１１０、１１１の開閉に逆止弁を使用したが、各流出入口１１０、１１１、１１４、１１５の開閉に電磁弁を用いて開閉してもよく、また逆に、全てを逆止弁を用いて行ってもよい。
（第３実施形態）
本実施形態は、極寒地等のように、保温装置１のみでは、エンジンオイルおよび冷却水の温度を適切温度状態に維持できない場合を想定したものである。
【００３２】
すなわち、図４に示すように、オイルタンク部１０２内にバテッリ等の外部電源より電力を得て熱を発生する電気ヒータ１１９を配設したものである。
そして、図示されていない温度センサにより、エンジンオイルおよび冷却水の温度が適切温度以下に低下した判定されたときに、電気ヒータ１１９に通電することによりエンジンオイルおよび冷却水の温度を維持するものである。
【００３３】
なお、本実施形態では、オイルタンク部１０２内に電気ヒータ１１９を配設したが、電気ヒータ１１９を冷却水タンク部１０４内のみ、もしく両タンク部１０２、１０４内に配設してもよい。
（第４実施形態）
上述の実施形態では、冷却水タンク部１０４内にオイルタンク部１０２を形成したが、本実施形態は、図５に示すように、オイルタンク部１０２内に冷却水タンク部１０４を形成したものである。
【００３４】
以上に述べた構成にすることにより、エンジン２停止後、エンジンオイルの熱は、保温装置１の外部および冷却水に向けて移動する。そして、エンジンオイルおよび冷却水の温度が等しくなると、エンジンオイルおよび冷却水の熱は、保温装置１の外部に向けて移動し始める。
したがって、上記公報に記載のように、冷却水を単独の保温装置によって保温するものに比べて、保温能力の向上を図ることができる。
【００３５】
ところで、上述の実施形態では、冷却水という言葉を用いたが、これは厳密な意味で水を示すものではなく、エンジン２の冷却媒体を示す総称として用いたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る保温装置と、エンジンの冷却水系および潤滑系との関係を示す模式図である。
【図２】エンジンオイルおよび冷却水の温度変化を示す模式的なグラフである。
【図３】第２実施形態に係る保温装置の模式図である。
【図４】第３実施形態に係る保温装置と、エンジンの冷却水系および潤滑系との関係を示す模式図である。
【図５】第４実施形態に係る保温装置と、エンジンの冷却水系および潤滑系との関係を示す模式図である。
【符号の説明】
１…冷却液および潤滑油の保温装置、２…エンジン、３…冷却水系、
４…潤滑油系、５…ウォータジャケット、６…ラジエータ、
７…冷却水回路、８…サーモスタット、９…ウォータポンプ、
１０…バイパス開口部、１１…オイルポンプ、１２…オイルパン、
１３…プレーンベアリング、１４…オイルフィルタ、
１５…リリーフバルブ、
１０１…オイルタンク壁、１０２…オイルタンク部、
１０３…冷却水タンク壁、１０４…冷却水タンク部（冷却液タンク部）、
１０５…断熱空隙部（断熱層）、１０６…外側タンク壁、
１０７…空隙層、１０８…内側タンク壁、１０９…熱伝導部材、
１１０…オイルタンク流入口１１０、１１１…オイルタンク流出口１１１、
１１２、１１３…逆止弁（オイルタンクバルブ）、
１１４…冷却水タンク流入口、１１５…冷却水タンク流出口１１５、
１１６、１１７…開閉弁（冷却液タンクバルブ）、１１８…断熱部材、
１１９…電気ヒータ。

Claims

液冷式内燃機関（２）内を循環して前記液冷式内燃機関（２）を冷却する冷却液、および前記液冷式内燃機関（２）内を循環する潤滑油を保温する冷却液および潤滑油の保温装置（１）であって、
前記冷却液を蓄える冷却液タンク部（１０４）と、
前記冷却液タンク部（１０４）内に形成され、前記潤滑油を蓄えるオイルタンク部（１０２）と、
前記冷却液タンク部（１０４）の外側全体を覆うように形成された断熱層（１０５）とを有し、
前記冷却液タンク部（１０４）と前記オイルタンク部（１０２）との間には、前記冷却液タンク部（１０４）と前記オイルタンク部（１０２）との間の熱移動量が所定量となるように設定する空隙層（１０７）が形成されていることを特徴とする冷却液および潤滑油の保温装置。
液冷式内燃機関（２）内を循環して前記液冷式内燃機関（２）を冷却する冷却液、および前記液冷式内燃機関（２）内を循環する潤滑油を保温する冷却液および潤滑油の保温装置（１）であって、
前記潤滑油を蓄えるオイルタンク部（１０２）と、
前記オイルタンク部（１０２）内に形成され、前記冷却液を蓄える冷却液タンク部（１０４）と、
前記オイルタンク部（１０２）の外側全体を覆うように形成された断熱層（１０５）とを有し、
前記冷却液タンク部（１０４）と前記オイルタンク部（１０２）との間には、前記冷却液タンク部（１０４）と前記オイルタンク部（１０２）との間の熱移動量が所定量となるように設定する空隙層（１０７）が形成されていることを特徴とする冷却液および潤滑油の保温装置。
前記オイルタンク部（１０２）に連通し、前記潤滑油が流通するオイルタンク流入口（１１０）およびオイルタンク流出口（１１１）と、
前記オイルタンク流入口（１１０）および前記オイルタンク流出口（１１１）のうち少なくとも一方に設けられ、連通状態を制御するオイルタンクバルブ（１１２）とを有し、
前記液冷式内燃機関（２）の停止時には、前記オイルタンクバルブ（１１２）を閉じることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却液および潤滑油の保温装置。
前記冷却液タンク部（１０４）に連通し、前記冷却液が流通する冷却液タンク流入口（１１４）および冷却液タンク流出口（１１５）と、
前記冷却液タンク流入口（１１４）および前記冷却液タンク流出口（１１５）のうち少なくとも一方に設けられ、連通状態を制御する冷却液タンクバルブ（１１６）とを有し、
前記液冷式内燃機関（２）の停止時には、前記冷却液タンクバルブ（１１６）を閉じることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷却液および潤滑油の保温装置。
前記冷却液タンク部（１０４）および前記オイルタンク部（１０２）のうち少なくとも一方には、外部電源より電力を得て熱を発生する電気ヒータ（１１９）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷却液および潤滑油の保温装置。