JP6504651B2 - 内燃機関の暖機促進装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の潤滑油を化学蓄熱作用を利用して昇温することで暖機を促進する内燃機関の暖機促進装置に関する。

従来より、内燃機関（エンジン）の潤滑油（エンジンオイル）は低温始動時には粘度が高いため、回転抵抗となることから、早期に潤滑油（エンジンオイル）を昇温して内燃機関の早期暖機を図って燃費の改善に貢献することが望まれている。

このようなことから、従来においては、例えば、図７に示すように、オイルパンに貯留されている潤滑油中に電気式ヒータを配設し、低温始動の際にはこれを用いてオイルパン内の潤滑油を早期に昇温させるようにしたものがあった。

しかしながら、かかる電気式ヒータの場合は、消費電力が大きく、バッテリの大容量化やバッテリの寿命短縮化などの問題があることから、他の方法による昇温方法も特許文献１などにおいて提案されている。

特許文献１には、機関冷却系及び機関潤滑系等の機関各部に通じる熱媒体通路を設け、この通路を循環する熱媒体を低温始動時に加熱する加熱器を設けると共に、この加熱器は酸化カルシウムと水など発熱を伴う化学反応を行う２以上の物質を混合させる発熱容器（化学蓄熱装置）を備えるようにした内燃機関の低温始動促進装置が提案されている。

また、特許文献２には、内燃機関のオイルが貯蔵されるオイルパンの内部に蓄熱剤貯蔵室を設け、この蓄熱剤貯蔵室にて低温始動時に化学反応熱を発生させて、オイルを加熱するようにした技術が記載されている。
特開昭５７−４１４６５号公報 実開昭６３−１７８１４号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２に記載の技術では、内燃機関の低温始動時に潤滑油を早期に昇温させることができるが改善の余地が残されていると共に、昨今の一層の低燃費要求に伴って尚一層の早期暖機の実現が期待されている。

本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、比較的簡単かつ低コストな構成でありながら、低温始動の際に、化学蓄熱装置を利用して、内燃機関（エンジン）の潤滑油（エンジンオイル）を早期に昇温して早期暖機を図ることにより燃費低減に貢献可能であると共に、暖気時間の短縮に伴い一層の燃費低減及び排気有害成分の排出量の低減に貢献可能な内燃機関の暖機促進装置を提供することを目的とする。

このため、本発明に係る内燃機関の暖機促進装置は、
蓄熱材を反応室に収容した反応器を内燃機関のオイルパン内に配設し、暖機後の車両走行中に蓄熱材が水分を脱離する化学反応によりオイルパン内の潤滑油から吸熱する一方、低温始動時に蓄熱材が水分を吸着する化学反応により熱を発生してオイルパン内の潤滑油を加熱するようにした内燃機関の暖機促進装置であって、
前記反応器が、オイルパン内の潤滑油を吸い上げオイルポンプへ導くオイルストレーナのオイル吸込み口付近に設けられ、オイルストレーナのオイル吸込み口へ向かう流速の大きい潤滑油との間で熱交換を行うと共に、
前記反応器の外周を断熱材で覆った
ことを特徴とする。

本発明において、前記反応器には、オイルストレーナのオイル吸込み口へ向かう潤滑油の流れの方向に沿って延在されるオイル通路が貫通して形成されていることを特徴とすることができる。

本発明において、前記反応器の反応室が、前記オイル通路の近傍に形成されることを特徴とすることができる。

本発明において、前記反応室は、発泡金属により形成され、該発泡金属が蓄熱材を保持していることを特徴とすることができる。

本発明において、前記反応器と、蓄熱材から脱離した水分を蓄える水タンクと、の間に熱交換器を設けたことを特徴とすることができる。

本発明によれば、比較的簡単かつ低コストな構成でありながら、低温始動の際に、化学蓄熱装置を利用して、内燃機関（エンジン）の潤滑油（エンジンオイル）を早期に昇温して早期暖機を図ることにより燃費低減に貢献可能であると共に、暖気時間の短縮に伴い一層の燃費低減及び排気有害成分の排出量の低減に貢献可能な内燃機関の暖機促進装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る内燃機関の暖機促進装置の構成例を概略的に示す全体構成図（走行中における吸熱作用の説明図）である。 同上実施の形態に係る内燃機関の暖機促進装置の構成例を概略的に示す全体構成図（低温始動時における加熱作用の説明図）である。 同上実施の形態に係る内燃機関の暖機促進装置の他の構成例（ストレーナ近傍設置）を概略的に示す全体構成図（走行中における吸熱作用の説明図）である。 同上実施の形態に係る内燃機関の暖機促進装置の他の構成例（ストレーナ近傍設置）を概略的に示す全体構成図（低温始動時における加熱作用の説明図）である。 同上実施の形態に係る内燃機関の暖機促進装置の反応器の構成例を概略的に示す斜視図である。 同上実施の形態に係る内燃機関の暖機促進装置の反応器の他の構成例（断熱材付き）を概略的に示す斜視図である。 従来における電気ヒータをオイルパン内に備えた構成例を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

本発明の一実施の形態を、添付の図面に基づいて説明する。
図１、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る内燃機関（エンジン）の暖機促進装置１００は、内燃機関（図示せず）のオイルパン１の内側底部付近に、化学蓄熱装置の反応器１０が配設される。なお、オイルパン１の内側には潤滑油（エンジンオイル）２が収容（貯留）されている。

化学蓄熱装置に利用される蓄熱材（化学物質）としては、１００°Ｃ程度の温度で、離脱反応（水分が脱離するときに蓄熱する反応）が起きる物質（例えば、硫酸カルシウム等）を用い、走行中（暖機後）のオイルパン１内の潤滑油の温度（例えば１００°Ｃ以上）で脱離反応が起きるようにする。

なお、反応器１０は、内部に蓄熱材（例えば、硫酸カルシウム等）を収容した金属製（例えばアルミ製など）の容器なとすることができる。一例としては、例えば、反応器１０の金属製の筐体の内側に反応室を備え、該反応室を、例えば、接触面積を大きくするために発泡金属等により構成し、この発泡金属に蓄熱材（例えば、硫酸カルシウム等）を保持させ、これと水分とが接触可能なように反応室内に水分を導くことができる構成とすることができる。発泡金属とオイルパン１内の潤滑油２とは、反応器１０の筐体を介して熱交換可能である）。

このような構成の本実施の形態に係る暖機促進装置１００では、走行中（吸熱時（蓄熱時））と始動時（放熱時（加熱時））において、以下のように作用する。

［吸熱時（蓄熱時）］
暖機後の走行中は、図１に示したように、反応器１０にて、蓄熱材（例えば、硫酸カルシウム等）から水分（水蒸気）が脱離し、潤滑油２からエネルギ（熱）を吸熱（蓄熱）する。

脱離された水分（水蒸気）は、その後、熱交換器２０を通過する際に冷却されて液化して水となり、下部に設けた水タンク１１に収容される。水タンク１１に収容された水の量を測定し、反応が完了した量（蓄熱材の反応に応じて生じる水の量）となったら開閉バルブ（開閉弁）１２を閉じる制御を行う。開閉バルブ１２は、ＥＣＵなどからの駆動信号に基づいてアクチュエータ（例えばエアシリンダなど）により開閉弁可能に構成されることができる。

蓄熱時反応式：
ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ＋Ｑ１→ＣａＳＯ_４＋１／２Ｈ_２Ｏ（ｇ）…（１）
Ｑ１：加熱量（蓄熱量、吸熱量）

［放熱時（加熱時）］
走行終了後（エンジン停止後）における所定の低温始動時には、図２に示したように、上記の走行中に蓄熱材に蓄熱したエネルギをオイルパン１内の潤滑油２の加熱（昇温）に用いるため、エンジンスタート（キーＯＮ（ＡＣＣ電源オン）或いはスターターモータＯＮ）と同時に開閉バルブ１２を開弁して、水タンク１１に貯留されている水分と、反応器１０内の蓄熱材と、を反応させる（蓄熱材に水分を吸着させる）。

加熱時反応式：
ＣａＳＯ_４＋１／２Ｈ_２Ｏ（ｇ）→ＣａＳＯ_４・１／２Ｈ_２Ｏ＋Ｑ２…（２）
Ｑ２：発熱量

なお、反応器１０内は走行後（停止中）の温度低下により負圧となっているため、開閉バルブ１２を開弁することで、熱交換器２０や水タンク１１内も負圧となるため、水分は気化し易い状態（水分は水タンク１１から反応器１０側へ移動し易い状態）となる。但し、必要に応じて、水分を水タンク１１から反応器１０側へ送るためのポンプ等を備えて構成することも可能である。

これにより、オイルパン１内の潤滑油２が加熱されて昇温されるため、低温始動時において、内燃機関の早期暖機を促進することができ、以って燃費低減に貢献可能であると共に、暖気時間の短縮に伴い一層の燃費低減及び排気有害成分の排出量の低減に貢献することができる。

ここで、本実施の形態では、図１に示したように、反応器１０と、水タンク１１と、の間に熱交換器２０を配設したので、暖気後の走行中（蓄熱時）には、水蒸気から水への液化の際に生じる熱を空調用熱媒体（例えば暖房）や他の機器等の熱源として利用することができる。

一方で、低温始動時（加熱時）には、図２に示したように、熱交換器２０では水から水蒸気への気化の際に気化熱が奪われるため、空調用熱媒体（例えば冷房）や他の機器等の冷却に利用することができる。

また、本実施の形態においては、図３、図４に示すように、オイルパン１内の潤滑油２の流れを積極的に利用して、反応器１０と潤滑油２との間の熱交換の効率の改善を図ることも可能である。

すなわち、図３、図４に示したように、内燃機関の各摺動部へ潤滑油を圧送供給するためのオイルポンプ（図示せず）に、オイルパン１内に貯留されている潤滑油２を吸い上げて供給するオイルストレーナ３のオイル吸い込み口３Ａ付近に反応器１０を配設することで、流速の高い潤滑油２を反応器１０に接触させることができるので、反応器１０と潤滑油２との間の熱交換の効率の改善を図ることができる。

なお、オイルストレーナ３のオイル吸い込み口３Ａ付近に反応器１０を配設すると、オイルストレーナ３から吸い上げられて内燃機関の各摺動部（フリクションが大きい部分）へ供給される潤滑油の温度を、オイルパン１内の他の潤滑油２に対して優先的に昇温させることができるため、燃費低減効果を一層大きなものとすることができる。

更に、本実施の形態では、図５に示すように、オイルストレーナ３のオイル吸い込みによって生じる潤滑油２の流れＸに沿うように延在されるオイル通路１０Ａを、反応器１０に設けた構成とすることができる。

より詳細には、図５に示したように、反応器１０には、潤滑油２の流れＸに沿った方向に延在されるオイル通路１０Ａが多数開口されている。

また、反応器１０の下方部分に、蓄熱反応が行われる反応室１０Ｂ（例えば、接触面積を大きくするために発泡金属等を利用して構成し、これに蓄熱材を保持させた構成とすることができる）が設けられると共に、オイル通路１０Ａの付近に（例えば、オイル通路１０Ａの隣に）反応室１０Ｃ（反応室１０Ｂと同様に発泡金属等を利用した構成とすることができる）が設けられた構成となっている。

これにより、反応室１０Ｂ，１０Ｃでの反応熱を、オイル通路１０Ａ内を流れる潤滑油２に効率良く伝達させることができる。

また、オイル通路１０Ａのそれぞれの通路断面積は狭いため、オイル通路１０Ａ内を流れる潤滑油２の流速を上げることができるため、これによって一層、反応器１０と潤滑油２との間の熱交換の効率の改善を図ることができる。

なお、オイルストレーナ３のオイル吸い込み口３Ａを反応器１０側に延長するなどして、オイル吸い込み口３Ａとオイル通路１０Ａのオイル出口側とを連結した構成を採用することができ、かかる構成によれば、反応器１０で吸熱、放熱を行った潤滑油を確実にオイルストレーナ３延いてはオイルポンプに送ることができるため、一層効率良く、内燃機関の暖機促進に貢献することができる。

更に、暖機完了後や蓄熱完了後や高回転時など状況に応じて、オイル吸い込み口３Ａとオイル通路１０Ａのオイル出口側との連結を解放できる構成とすることができ、これにより、低温始動時には効率良く早期暖機を図ることができる一方で、暖機完了後や蓄熱完了後や高回転時などにおいては、吸い込み抵抗の高い細いオイル通路１０Ａを通過させずにオイルを吸い上げさせて、フリクションの低減を図ることなどが可能である。例えば、アクチュエータを用いて、オイル吸い込み口３Ａを伸縮させる構成（蛇腹などを利用）や、オイル吸い込み口３Ａの径を拡張するような構成（がま口などを利用）とすることができる。

更に、図６に示すように、例えば、反応器１０の外周を断熱材で覆った構成とすることも可能である。このように、反応器１０の外周を断熱材で覆うと、反応器１０の外周とオイルパン１内の潤滑油２と、の間での熱交換を抑制することができるため、オイル通路１０Ａ内を流れる潤滑油２との間の熱交換の効率を一層高めることができると共に、オイルストレーナ３から吸い上げられて内燃機関の各摺動部（フリクションが大きい部分）へ供給される潤滑油の温度を、オイルパン１内の他の潤滑油２に対して優先的に昇温させることができるため、燃費低減効果を一層大きなものとすることができる。

以上のように、本実施の形態に係る内燃機関（エンジン）の暖機促進装置１００によれば、比較的簡単かつ低コストな構成でありながら、低温始動の際に、化学蓄熱装置を利用して、内燃機関（エンジン）の潤滑油（エンジンオイル）を早期に昇温して早期暖機を図ることができ、以って燃費低減に貢献可能であると共に、暖気時間の短縮に伴い一層の燃費低減及び排気有害成分の排出量の低減に貢献可能である。

ところで、上記各実施の形態において、内燃機関１は、例えばディーゼル燃焼を行うディーゼルエンジンとすることができるが、これに限定されるものではなく、ガソリンその他の物質を燃料とする内燃機関とすることができ、更に移動式・定置式の内燃機関とすることができる。

以上で説明した各実施の形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。

１ オイルパン
２ 潤滑油（エンジンオイル）
３ オイルストレーナ
３Ａ オイル吸い込み口
１０ 反応器
１０Ａ オイル通路
１０Ｂ 反応室
１０Ｃ 反応室
１１ 水タンク
１２ 開閉バルブ（開閉弁）
２０ 熱交換器
１００ 内燃機関（エンジン）の暖機促進装置
Ｘ オイルパン内の潤滑油の流れ（オイルストレーナの吸い込み口へ向かう流れ）

Claims (5)

1. 蓄熱材を反応室に収容した反応器を内燃機関のオイルパン内に配設し、暖機後の車両走行中に蓄熱材が水分を脱離する化学反応によりオイルパン内の潤滑油から吸熱する一方、低温始動時に蓄熱材が水分を吸着する化学反応により熱を発生してオイルパン内の潤滑油を加熱するようにした内燃機関の暖機促進装置であって、
   前記反応器が、オイルパン内の潤滑油を吸い上げオイルポンプへ導くオイルストレーナのオイル吸込み口付近に設けられ、オイルストレーナのオイル吸込み口へ向かう流速の大きい潤滑油との間で熱交換を行うと共に、
   前記反応器の外周を断熱材で覆った
   ことを特徴とする内燃機関の暖機促進装置。
2. 前記反応器には、オイルストレーナのオイル吸込み口へ向かう潤滑油の流れの方向に沿って延在されるオイル通路が貫通して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の暖機促進装置。
3. 前記反応器の反応室が、前記オイル通路の近傍に形成されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の暖機促進装置。
4. 前記反応室は、発泡金属により形成され、該発泡金属が蓄熱材を保持していることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに記載の内燃機関の暖機促進装置。
5. 前記反応器と、蓄熱材から脱離した水分を蓄える水タンクと、の間に熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１つに内燃機関の暖機促進装置。