JP5599174B2 - 作動油温度制御装置 - Google Patents
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Description
即ち、オートマチックトランスミッション(Automatic Transmission:自動変速機)内には、潤滑及び駆動を目的するATFが使用され、オイルパンからオイルポンプによって汲み上げられたATFが、クラッチ、潤滑用としてバルブボディで制御されている。冬季など外気温が低いと、ATFの油温が低くなり、粘性が上昇する。粘性の上昇によって、流動性が下がり、同じ制御油圧でも、油圧力や流量に差が出てくる結果となり、自動変速機の変速フィーリングを良くするためのチューニングに、時間及びノウハウを要しているのが現状である。
一方、低温始動時の油温を上げる方法には、オイルウォーマ等の別部品によって暖める方法もあるが、複雑なシステムとなり、コスト高となる。
特許文献1は、エンジンのオイルパンまたはオイル潤滑経路に設けられ、エンジンオイルを昇温させる発熱デバイスであって、過冷却による潜熱の大きい過冷却物質を封入した発熱デバイス本体を備えると共に、発熱デバイス本体に、発熱デバイス本体中の発熱前の過冷却物質に発熱開始のトリガをかけるトリガ部材と、発熱デバイス本体中の発熱後の過冷却物質を液化させるヒータとが内蔵され、エンジンオイルのオイル温度を上げることで、燃焼生成物を蒸発できるものである。
したがって、通常運転時のATFの温度変動幅が小さく、設計に考慮が必要なATFの粘度変化の許容範囲を小さくすることができるので、複数のコントロールバルブの設計、開発(調整や適合等)を容易に行うことが可能となる。また、高負荷運転時の熱を蓄熱材熱交換器に吸収させるため、冷却系の運転負荷を低減することができ、適用された自動車の燃費向上に寄与することができる。
特許文献1に記載された技術では、トリガ制御部からの制御信号と水温センサからの冷却水温データとを受け、所望の条件のもとでヒータに制御信号を出力し、ヒータを駆動させるものであるから、ヒータが必要不可欠であり、また、エンジンオイルのオイル温度を上げるには、ヒータ制御が主流になり、過冷却物質を封入した発熱デバイス本体の関与が陰になってしまう。
殊に、潜熱蓄熱材を含んで構成されている蓄熱材熱交換器が、複数の容器または多数のマイクロカプセルとして構成できるものであれば、その破過冷却装置として如何様に構成されるかが大きな問題となるが、それに対しても開示するものがない。
即ち、蓄熱材熱交換器が必要性に応じて如何に急激に温度上昇できるかが問題であるが、それについて開示するものがない。
特に、自動車、建設機械、農業機械、産業機械、電車等の車両においては、所定の知識を有するものが操作するものであるが、それらに好適な技術を開示するものがない。
ここで、上記潜熱蓄熱材は、前記潜熱蓄熱材容器に収納され、前記作動油との間の熱交換によって相転移を生じる過冷却物質であればよい。
また、上記潜熱蓄熱材容器は、前記作動油との間の熱交換によって相転移を生じる潜熱蓄熱材を収容し、特定の一方向に対する垂直断面を略円形または略楕円形、略半円形、略半楕円形、または略三角形以上の略多角形のうちの1つとしたものであればよい。特に、断面形状が略三角形以上の略多角形とは、複雑な断面であってもよいことを意味する。
そして、上記過冷却解除手段は、前記潜熱蓄熱材を収容した前記潜熱蓄熱材容器に収容され、前記一方向に複数個または前記一方向に沿って線状に配設したものである。
なお、本発明における前記一方向とは、特段の断りがない場合には、上面から見た二次元平面の特定の方向を意味するものであり、断面の一方向とは、断面の一辺が他辺より長い長さまたは短い長さを意味するものである。
したがって、作動油が循環する循環経路に配設された潜熱蓄熱材容器に収容された潜熱蓄熱材は前記作動油との間の熱交換を行う。そして、潜熱蓄熱材容器の一方向に複数個配設した過冷却解除手段の動作によって、過冷却状態にあった潜熱蓄熱材としての酢酸ナトリウムの過冷却を解き、その潜熱を利用して、前記潜熱蓄熱材との熱交換により急激に作動油の温度上昇を行う。この温度上昇は、潜熱蓄熱材容器の前記一方向に対し、過冷却解除手段を複数個配設したものであるから、過冷却状態にある潜熱蓄熱材を略同時に、その過冷却を解くことにより、急激に作動油の温度上昇を行うことができる。
このように、作動油温度が潜熱蓄熱材の相転移温度よりも高い場合には、潜熱蓄熱材は作動油から相転移に伴う潜熱を吸熱することで作動油の温度を低下させ、作動油温度が潜熱蓄熱材の相転移温度よりも低い場合には、吸熱した潜熱蓄熱材からの相転移に伴う潜熱の放熱によって作動流体の温度を上昇させることができる。
よって、潜熱蓄熱材の放熱特性をよくし、作動油との間に良好な熱交換を可能とすることができる。
本発明の作動油温度制御装置を実施する場合、ここで説明する実施例のATFに限定されることなく、内燃機関冷却用のオイル、特殊車両等の油圧機器に使用可能なオイルにも適用されるものである。そこで、これらのオイルを本発明では作動油として表現することとする。即ち、この作動油温度制御装置は、オートマチックトランスミッション(Automatic Transmission:AT)の作動油、連続可変トランスミッション(Continuously Variable Transmission:CVT)の作動油、ハイブリッドカー(Hybrid Car:HV)の駆動ユニットに使用する作動油、内燃機関の冷却用の作動油、特殊車両等の油圧機器に使用可能な作動油温度制御装置に関するものである。
即ち、民需に限らず、自動車、建設機械、農業機械、産業機械、電車等の車両用に好適な作動油温度制御装置として使用するものである。また、本発明の作動油にはエンジンオイル等の潤滑油を含むものである。
図1乃至図4において、オイルパン2は合成樹脂の射出成型品からなり、その底部21には後述する潜熱蓄熱材容器50が形成される。潜熱蓄熱材容器50はオイルパン2と一体に成形してもよいし、2色成形または金属板等でインサート成形してもよい。また、潜熱蓄熱材容器50を別に形成した後、オイルパン2の底部21に螺着、接着等により取り付けることもできる。オイルパン2の壁部22にも潜熱蓄熱容器50aが形成されている。潜熱蓄熱材容器50aはオイルパン2の長手方向の長さに略一致させるように延長したもので、本実施の形態では、左右側面に2列形成している。底部21と壁部22の潜熱蓄熱材容器50と潜熱蓄熱材容器50aは、共に同一容積としてもよいし、大小関係を設けてもよい。本実施の形態では、底部21側と壁部22側の潜熱蓄熱材容器50は、略同一容量としている。
なお、壁部22の潜熱蓄熱材容器50aの上面は、傾斜させ、作動油Oが内側に戻る構造となっている。また、車両の揺れに対してオイルレベルOLが変化し難いように、バルブボディ3との間隔を設定している。
なお、本実施例の過冷却解除手段60である圧電素子は、平面略長方形状の圧電素子からなるものであるが、円形の圧電素子を1枚または複数枚使用することもできる。
制御部100は、マイクロコンピュータ等からなるプログラム制御される回路である。また、その出力のドライバ101は、過冷却解除手段60の種類に応じた駆動回路で、矩形波の発生、交流または直流等の発生等を制御する。温度更新メモリ103は、温度センサ104が測定する作動油Oの温度上昇から潜熱蓄熱材51の温度上昇を推定するものであり、直接、潜熱蓄熱材51の温度を検出してもよいが、本実施の形態では、作動油Oの温度を検出した。イグニッションスイッチ105の出力が制御部100に入力され、また、制御部100の出力として、イグニッションスイッチ105の投入からエンジンの駆動が遅れることを示すエンジンスタート表示106に入力されている。
まず、ステップS1でイグニッションスイッチ105が投入されたとき、イグニッションスイッチ105の投入を判断して、このプログラムの処理を開始する。イグニッションスイッチ105の投入が確認されると、ステップS2でエンジンを駆動する。ステップS3で前回エンジンの駆動時に作動油Oの温度Tが何度まで上昇したかを判断する。少なくとも、潜熱蓄熱材融点温度Tn(厳格には、潜熱蓄熱材融点温度+作動油Oの温度差を是正した温度)を上回っているかを判断し、作動油Oの温度Tがそれ以上となっていれば、充分な融解熱を受け、過冷却状態となっていると判断する。勿論、通常の設計では、作動油Oの現在の温度Tが自己で過冷却状態を解除する破過冷却温度Txを下回るようには設定されていないが、長距離輸送等で作動油Oの現在の温度Tが自己で過冷却状態を解除する破過冷却温度Txを下回っているかを判断の要件に加えることもできる。
そして、潜熱蓄熱材51が運転終了後に作動油Oと共に降温し、自らの温度が破過冷却温度Txを下回らない限り、潜熱蓄熱材51は液相状態で融解熱の蓄熱状態を維持する。なお、破過冷却温度Txは、通常の使用状態でその温度以下の温度にならないような材料及び温度が選択されている。
勿論、自動車等のオートマチックトランスミッションに限らず、建設機械、農業機械、産業機械、電車等の車両用に好適な作動油温度制御装置としても使用できる。
図9において、本実施例の潜熱蓄熱材容器50は、断面が略4角形の筒状であり、潜熱蓄熱材51の過冷却状態を解く過冷却解除手段60が、その長手方向に沿って配列されている。具体的には、過冷却解除手段60は、円板状の圧電素子61からなり、駆動電圧の印加によって面の厚み方向に変化する。圧電素子61は、電極共用導電基板65とその電極共用導電基板65に絶縁物64を介して形成したプリント回路63を介して電極61aとの間が電気的に接続されており、電極共用導電基板65は潜熱蓄熱材容器50の底面に接合されている。
特に、複数枚使用する場合は、3枚以上を潜熱蓄熱材容器50の長手方向の両端とその間に一定の距離を離して配置すると効率的な結晶化が図れる。
図10において、本実施例の潜熱蓄熱材容器50は、断面が円形の円筒状を有し、潜熱蓄熱材51の過冷却状態を解く過冷却解除手段60(60-1、・・・、60-n)が、その長手方向に沿って配設されている。具体的には、過冷却解除手段60(60-1、・・・、60-n)は、環状の圧電素子61からなり、駆動電圧の印加によって径方向に変化する。圧電素子61の電極は、潜熱蓄熱材容器50の厚み側に埋設されている。ここで、nは過冷却解除手段60の個数を表し、個数nは2以上、好ましくは3以上であり、潜熱蓄熱材容器50の長さに応じて適宜設定される。
特に、環状の圧電素子61の使用は、潜熱蓄熱材容器50の内周面側から結晶化をスタートさせるから、潜熱蓄熱材容器50の熱エネルギを早くから直接取り出すことができる。
図11において、本実施例の潜熱蓄熱材容器50は、断面が円形の円筒状を有し、潜熱蓄熱材51が収容されている。また、潜熱蓄熱材51が過冷却状態にあるとき、その過冷却状態を解く過冷却解除手段60が、その長手方向に沿って配設されている。具体的には、過冷却解除手段60(60-1、・・・、60-n)は、円板状の圧電素子61からなり、駆動電圧の印加によって面の厚み方向に変化する。圧電素子61の電極61aは、配置補助部材62を介して、潜熱蓄熱材容器50の厚み内に埋設されている。
ここで、配置補助部材62は潜熱蓄熱材容器50の内周に係合するリング状の外周部を有し、この外周部の直径方向に圧電素子61を固定する固定部が設けられ、圧電素子61はこの固定部の中央に固定される。圧電素子61の配置は、その面が潜熱蓄熱材容器50の長さ方向に対して直角の方向に面している。
図12において、本実施例の潜熱蓄熱材容器50は、潜熱蓄熱材51の過冷却状態を解く過冷却解除手段60(60-1、・・・、60-n)が、その長手方向に沿って配設されている。具体的には、過冷却解除手段60(60-1、・・・、60-n)が電極66,67で形成されている。この電極66,67は、本実施例では、対向する円形電極としているが、本発明を実施する場合、電極66と電極67の対向電極の替わりに潜熱蓄熱材容器50の長手方向に延びる一本の電線とすることもでき、電極66または電極67を1枚の面状の電極とすることもできる。ここで、過冷却解除手段60に複数の電極66、67を使用した場合または一本の電線を使用した場合、チューブ状の潜熱蓄熱材容器50はオイルパン2の中に直線状や屈曲させてジグザグ状に配することができるだけでなく螺旋状に配することもできる。ここで、過冷却解除手段60は電極66、67をn個備えている。これら電極66、67の個数は2個以上であって、潜熱蓄熱材容器50の長手方向の長さに応じて適宜設定されるが、3個以上に設定されると潜熱蓄熱材容器50の両端部と内部(中央部)から潜熱蓄熱材51を効率的に結晶化させることができ好ましい。
ここで、電極66、67に供給された電気は直接潜熱蓄熱材51に電気エネルギとして与えられるだけでなく、電極66、67が供給された電気によって発熱することで熱エネルギとして与えることもできる。結晶化が開始されると、その結晶化は、約6mm/s程度で進行するが、印加電圧は、数秒以上とし、潜熱蓄熱材51の結晶化を早めることができる。したがって、電極66、67または一本の電線がエネルギ発生源となる。
図13において、変速機構を収納する変速機ケース1には、その収容部1aに図示しない自動変速機構が収容されている。作動油Oを貯留するオイルパン2は、底部21とその底部21の外周から上方に延びた壁部22からなり、その内部で作動油Oを貯留するものであり、更に、底部21には機械的強度及びオイルパン2内の作動油Oの流れが滞ることなく、また、図示しないオイルポンプによって吸引するオイルストレーナ4のオイル吸口41に気泡が入り難くし、作動油Oの回り込みが容易な構造とされている。
バルブボディ3は、車両用自動変速機の変速機、クラッチ、トルクコンバータ等の制御を行う複数のバルブを収容するもので、通常、変速機構の直下で、オイルストレーナ4の上部に配設される。
図13及び図14において、オイルパン2は合成樹脂の射出成形品からなり、その底部21に、後述する潜熱蓄熱材容器50が単一の空間として形成されている。潜熱蓄熱材容器50は底部21の作動油Oを貯留する側に位置する外側底面27と、この外側底面27に対向するように配された内側底面26で単一の空間として形成されている。そして、外側底面27には略長方形の共通する電極65に搭載された圧電素子61が必要数配設されており、共通する電極65は潜熱蓄熱材容器50の底面に接合されている。
本実施の形態の潜熱蓄熱材容器50の断面形状は、後述する過冷却解除手段60の形状によって左右される。図15に示す本実施例では、潜熱蓄熱材容器50の長さ方向にシャフト71を配設するものであるため、それを中心として所定の形状とするものであるが、後述する撹拌部材72(72-1、・・・、72-n)の大きさを特定するものではないので、任意の断面形状を選択可能である。
円板状の永久磁石73aは、モータ74の出力軸74aに接続されている。即ち、出力軸74aはセレーション加工またはローレット加工が施され、モータ74の出力軸74aで円板状の永久磁石73aが回転するようになっている。
図17において、本実施例の潜熱蓄熱材容器50は、潜熱蓄熱材51が収容されている。また、潜熱蓄熱材51の過冷却状態を解く過冷却解除手段60は、その長手方向に沿って配設されている。具体的には、過冷却解除手段60は、線材81及びそれに配設した撹拌部材82(82-1、・・・、82-n)並びにスプリング83(83a,83b)、吸引部材84、電磁石85から構成されている。なお、吸引部材84及び電磁石85は、磁気的なカプラ86を構成する。
特に、本実施例では、当接片82b(82b-1、・・・、82b-n)を設けて、電磁石85が吸引部材84を吸引するとそれによって移動部材82a(82a-1、・・・、82a-n)を図17の右方向に移動させ、当接片82b(82b-1、・・・、82b-n)に衝突し、移動部材82a(82a-1、・・・、82a-n)の移動が停止させられる。このとき、電磁石85が吸引部材84を高速で吸引するから、移動部材82a(82a-1、・・・、82a-n)が当接片82b(82b-1、・・・、82b-n)と衝突し、大きなエネルギを潜熱蓄熱材51に付与する。電磁石85が吸引部材84の吸引を解いたときに移動部材82a(82a-1、・・・、82a-n)が当接片82b(82b-1、・・・、82b-n)と衝突するようにしてもよい。つまり、この場合は移動部材82a(82a-1、・・・、82a-n)と当接片82b(82b-1、・・・、82b-n)がエネルギ発生源となる。
また、移動部材82a(82a-1、・・・、82a-n)を当接片82b(82b-1、・・・、82b-n)に衝突させると、衝突エネルギが付加されて、更に大きなエネルギによって、潜熱蓄熱材51が過冷却にあるときに結晶化をスタートするトリガとし、潜熱蓄熱材51の結晶化を開始する刺激とすることができる。
図18において、本実施例の潜熱蓄熱材容器50は、潜熱蓄熱材51の過冷却状態を解く過冷却解除手段60が、その長手方向に沿って配設されている。具体的には、過冷却解除手段60は、線材91並びにそれらの両端に接続したスプリング93(93a,93b)、攪拌部材92として機能する駆動磁石92A、攪拌部材92として機能する従動部材92Bから構成されている。なお、駆動磁石92A及び電磁石95は、磁気的なカプラ96を構成する。
即ち、円板状の永久磁石からなる撹拌部材92A(92A-1、92A-2)の磁界が電磁石95との相互作用による吸引・反発により往復動となるように、磁気結合を行うカプラ96を構成し、電磁石95のオン・オフ駆動または交流駆動するものであればよい。
上記実施の形態の作動油温度制御装置は、作動油Oが循環する循環経路に配設され、作動油Oとの間の熱交換を自在とし、かつ、作動油Oとの間の熱交換によって相転移を生じる酢酸ナトリウム水和物等の潜熱蓄熱材51を収容し、その長手方向に対し直交する垂直断面を略円形または略楕円形、略半円形、略半楕円形、または略三角形以上の略多角形のうちの1つとした潜熱蓄熱材容器50と、潜熱蓄熱材容器50に配設され、潜熱蓄熱材51が過冷却状態にあるとき、その過冷却状態を解くためにその長手方向に複数個配設され、または長手方向に沿った線状の過冷却解除手段60を具備するものである。
よって、潜熱蓄熱材51の放熱特性をよくし、作動油Oとの間に良好な熱交換を可能とすることができる。
例えば、塩化カルシウム水和物、硫酸ナトリウム水和物、チオ硫酸ナトリウム水和物、酢酸ナトリウム混合物、塩化カルシウム六水塩水和物、炭酸ナトリウム水和物、炭酸水素カリウム水溶液、硫酸ナトリウム十水和物等の水和物、ペンタエリスリトール、マンニトール、エリスリトール、スレイトールなどの多価アルコール類、各種融点のパラフィン類の使用が可能であり、また、混合物として使用できるものもある。
ここで、過冷却解除手段60のうち機械的手段を用いたエネルギ発生源としては前述したもの以外に、潜熱蓄熱材容器50の潜熱蓄熱材51中に配設した耐圧袋を油圧や空圧によって膨らますことで潜熱蓄熱材51に変位を与えるもの、潜熱蓄熱材容器50を袋体としてその袋体に圧力を加えて内部の潜熱蓄熱材51に変形を与えるものがある。また、振動源としては、潜熱蓄熱材容器50の潜熱蓄熱材51中に配置した金属棒、金属板等を潜熱蓄熱材容器50の外部の電磁気学的な誘導等によって潜熱蓄熱材容器50の潜熱蓄熱材51に振動を加えるものがある。
過冷却解除手段60としての電極は、潜熱蓄熱材51に電気的な刺激または熱的な刺激を加えるものであり、電気的な刺激の場合、潜熱蓄熱材51が導電体(電解質)であることが望ましい。この際、直流で刺激すると電気分解を起こす可能性があるので、交流の使用が望ましい。この際の電極の大きさは、潜熱蓄熱材容器50の長さ方向に長い電極とすることができるし、潜熱蓄熱材容器50の長さ方向に複数個配設することもできる。
このように、潜熱蓄熱材容器50に1以上の略屈曲部を形成したものでは、全体が湾曲等の正確な屈曲でなくても、また、複数の屈曲箇所が存在してもよいものである。
このように、略螺旋形状の潜熱蓄熱材容器50とは、直線方向に中心軸を有するものでだけではなく、中心軸が所定の角度で互いに交わらない傾斜した螺旋も含むものである。即ち、この略螺旋とはその長手方向の距離を長くしたものであればよい。
ここで、可撓性のある合成樹脂の密閉容器とは、外的振動、圧力によって潜熱蓄熱材容器50内の潜熱蓄熱材51に対して振動、移動、変位、変形を生じさせて、過冷却を解くことができる。また、潜熱蓄熱材容器50内に不純物が入らないので長寿命とすることができる。
ここで、潜熱蓄熱材容器50は、その内面が平滑面であるから、潜熱蓄熱材51が刺激を受け難いので、過冷却状態になりやすい。即ち、潜熱蓄熱材容器50の形態は、過冷却状態になりやすい形状を維持するものであればよい。
特に、潜熱蓄熱材容器50としては、熱交換効率から云えば、表面積を広く形成し、かつ、熱伝導の良好な金属材料をインサート成形し、潜熱蓄熱材51から熱エネルギを引き出すことのできる構成が望ましい。
特に、作動油Oを供給する供給口に配設した潜熱蓄熱材容器50は、特定の機構に作動油を供給する供給口側に潜熱蓄熱材容器50を配設し、そこで、潜熱蓄熱材51が潜熱蓄熱材容器50に収納され、作動油Oと相転移を生じる過冷却物質との間の熱交換によって特定の機構で使用する作動油の温度を適温まで早急に上昇させるものである。
したがって、潜熱蓄熱材容器50の潜熱蓄熱材51の容積が、特定機能の作動油O全体に対して1対9乃至1対1の比率の容積では、特定の機構で使用する作動油Oの温度を潜熱蓄熱材51によって希望する温度まで上昇させることができ、更に、特定機能の作動油Oの動作中の温度を所望の温度の範囲に導くことができる。
即ち、潜熱蓄熱材容器50の潜熱蓄熱材51の容積が、特定機能の作動油O全体に対して1対9乃至1対1の比率で潜熱蓄熱材51の容積を小さくしたものとは、特定の機構で使用する作動油Oの温度を適温まで早急に上昇させることができ、特定機能の作動油の温度を所望の温度に近似させることができる。
また、潜熱蓄熱材容器50は、潜熱蓄熱材容器50を形成する材料として内部に気密収容させて形成することもできる。潜熱蓄熱材51の結晶化する場合の体積変化を潜熱蓄熱材容器50で吸収し、潜熱蓄熱材容器50を膨張率の小さい材料で形成できる。特に、潜熱蓄熱材容器50の機械的強度の選択自由度の高いときに効果的になる。
この場合、内部に気密収容させた部分は、熱伝導が悪くなり、断熱性が上がるため、作動油Oとの熱交換に影響が出ない部分、例えば、作動油Oが接しない部分に限定することで熱交換の効率を落とすことなく体積変化を吸収することができる。
2 オイルパン
3 バルブボディ
4 オイルストレーナ
21 底部
22 壁部
41 オイル吸ロ
42 フィルタ
50 潜熱蓄熱材容器
51 潜熱蓄熱材
60 過冷却解除手段
61 圧電素子
Claims (1)
- 作動油が循環する循環経路に配設され、前記作動油との間の熱交換を自在とし、かつ、前記作動油との間の熱交換によって相転移を生じる潜熱蓄熱材として酢酸ナトリウムを収容し、その一方向に対する垂直断面を略円形または略楕円形、略半円形、略半楕円形、または略三角形以上の略多角形のうちの1つとした潜熱蓄熱材容器と、
前記潜熱蓄熱材容器に配設され、前記潜熱蓄熱材が過冷却状態にあるとき、その過冷却状態を解くことが自在な、前記一方向に複数個配設した過冷却解除手段とを具備し、
前記過冷却解除手段は、前記潜熱蓄熱材にエネルギを与えるエネルギ発生源を前記一方向に100mm以下の間隔で配設された前記潜熱蓄熱材の結晶化をトリガする電極としたことを特徴とする作動油温度制御装置。
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