JP6621733B2

JP6621733B2 - エンジンの流体加熱装置

Info

Publication number: JP6621733B2
Application number: JP2016250461A
Authority: JP
Inventors: 美沙希山田; 石田　幹夫; 幹夫石田; 浩次堀切
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2019-12-18
Anticipated expiration: 2036-12-26
Also published as: JP2018105169A

Description

本発明は、エンジンの流体加熱装置に関し、詳しくは、消費電力を小さくすることができるエンジンの流体加熱装置に関する。

従来、内部を流体が通過する放熱管と、ＰＴＣヒータを備え、ＰＴＣヒータで発生した熱が放熱管を介して流体に放熱されるように構成されたエンジンの流体加熱装置がある(例えば、特許文献１参照)。

この種の装置によれば、流体に含まれる水分の凍結を防止することができる利点がある。

特開２０１３−１２４５６６号公報(図１参照)

特許文献１の発明では、次の問題がある。
《問題点》消費電力が大きくなる。
その理由は、放熱管の熱伝導ロスで、ＰＴＣヒータから流体(ブローバイガス)への熱伝導効率が低下し、ＰＴＣヒータの消費電力が大きくなるためである。

本発明の課題は、消費電力を小さくすることができるエンジンの流体加熱装置を提供することにある。

(請求項１，４，７に係る発明に共通する発明特定事項)
図１(Ａ)，図２(Ａ)(Ｂ)に例示するように、内部を流体(１)が通過する放熱管(２)と、ＩＨコイル(３)を備え、ＩＨコイル(３)で誘導加熱される放熱管(２)の熱が、流体に放熱されるように構成され、
図１(Ａ)(Ｂ)，図２(Ａ)(Ｂ)に例示するように、ＩＨコイル(３)は、可撓性を備え、放熱管(２)の周方向に沿って湾曲し、湾曲方向両端部(３ａ)(３ｂ)を備えた鞍形で、放熱管(２)に跨って取り付けられている。
(請求項１に係る発明に固有の発明特定事項)
ＩＨコイル(３)は、自身の弾性復元力による締め付けで、放熱管(２)に摩擦固定されている、ことを特徴とするエンジンの流体加熱装置。
(請求項４に係る発明に固有の発明特定事項)
ＩＨコイル(３)の電線(４)の表面は、電線(４)の変形に追従して変形する電気絶縁体(４ａ)で覆われている、ことを特徴とするエンジンの流体加熱装置。
(請求項７に係る発明に固有の発明特定事項)
ＩＨコイル(３)は、放熱管(２)の軸長方向に伸縮可能とされ、所定の伸縮状態で、放熱管(２)に固定されている、ことを特徴とするエンジンの流体加熱装置。

(請求項１，４，７に係る発明の共通の効果)
《効果１》消費電力を小さくすることができる。
その理由は、図１(Ａ)(Ｂ)，図２(Ａ)(Ｂ)に例示するように、ＩＨコイル(３)の誘導加熱で放熱管(２)自身が発熱源となるため、放熱管(２)の熱伝導ロスがなく、ＩＨコイル(３)の消費電力を小さくすることができるためである。

《効果２》放熱管へのＩＨコイルの取り付けが容易になる。
その理由は、図１(Ａ)(Ｂ)，図２(Ａ)(Ｂ)に例示するように、放熱管(２)の両端部がエンジン部品に接続された状態でも、放熱管(２)の径方向外側からＩＨコイル(３)を放熱管(２)に跨らせて取り付けることができるためである。

《効果３》エンジンの振動による誘導加熱量の変動を抑制することができる。
その理由は、図１(Ａ)(Ｂ)，図２(Ａ)(Ｂ)に例示するように、ＩＨコイル(３)が放熱管(２)に取り付けられているため、エンジンの振動を受けても、ＩＨコイル(３)と放熱管(２)の相対位置が変化しにくいためである。
(請求項１に係る発明に固有の効果)
《効果》ＩＨコイルを簡単に放熱管に固定することができる。
(請求項４に係る発明に固有の効果)
《効果》ＩＨコイルから放熱管への漏電が防止される。
(請求項７に係る発明に固有の効果)
《効果》放熱管の誘導加熱範囲を調節することができる。

本発明の実施形態に係るエンジンの流体加熱装置の基本例を説明する図で、図１(Ａ)は側面図、図１(Ｂ)は図１(Ａ)のＢ−Ｂ線断面図、図１(Ｃ)はＩＨコイルの展開図、図１(Ｄ)は図１(Ｃ)のＤ−Ｄ線断面拡大図である。図１の装置の変形例を説明する図で、図２(Ａ)は第１変形例の側面図、図２(Ｂ)は第２変形例の側面図である。図１と図２の装置のエンジンへの配置例の模式図である。

図１〜図３は本発明の実施形態に係るエンジンの流体加熱装置を説明する図で、この実施形態ではディーゼルエンジンの流体加熱装置について説明する。

図１(Ａ)〜(Ｄ)に示す基本例について説明する。
図１(Ａ)に示すように、この流体加熱装置は、内部を流体(１)が通過する放熱管(２)と、ＩＨコイル(３)を備え、ＩＨコイル(３)で誘導加熱される放熱管(２)の熱が、流体に放熱されるように構成されている。このため、流体(１)に含まれる水分の凍結を防止することができる利点がある。
図１(Ａ)(Ｂ)に示すように、ＩＨコイル(３)は、可撓性を備え、放熱管(２)の周方向に沿って湾曲し、湾曲方向両端部(３ａ)(３ｂ)を備えた鞍形で、放熱管(２)に跨って取り付けられている。

上記構成により、消費電力を小さくすることができる。その理由は、ＩＨコイル(３)の誘導加熱で放熱管(２)自身が発熱源となるため、放熱管(２)の熱伝導ロスがなく、ＩＨコイル(３)の消費電力を小さくすることができるためである。
また、放熱管(２)へのＩＨコイル(３)の取り付けが容易になる。その理由は、図３に示すように、放熱管(２)の両端部がエンジン部品に接続された状態でも、放熱管(２)の径方向外側からＩＨコイル(３)を放熱管(２)に跨らせて取り付けることができるためである。
また、エンジンの振動による誘導加熱量の変動を抑制することができる。その理由は、ＩＨコイル(３)が放熱管(２)に取り付けられているため、エンジンの振動を受けても、ＩＨコイル(３)と放熱管(２)の相対位置が変化しにくいためである。

図１(Ａ)に示すように、放熱管(２)は、ブローバイガス(５)、ドレインオイル(７)、液体燃料(図示せず)等のいずれかの流体(１)を搬送する放熱搬送管である。
放熱管(２)は、鋼製のパイプである。
放熱管(２)は、銅製やアルミ製等の他の金属製パイプであってもよい。
ＩＨは、誘導加熱の略称であり、誘導加熱とは、電磁誘導の原理を利用して電流を流して、発熱させることをいう。

図１(Ｃ)に示すように、流体加熱装置は、電源(９)と、電源(９)とＩＨコイル(３)を電気的に接続するＩＨ回路(１０)を備え、ＩＨ回路(１０)は、始動指令装置(１１)と、タイマ(１２)と、ＩＨ制御回路(１３)を備え、始動指令装置(１１)で始動指令がなされた後のエンジン運転中は、タイマ(１２)の設定時間が経過するまで、電源(９)からＩＨ制御回路(１３)への通電で、放熱管(２)が誘導加熱される。
ＩＨ制御回路(１３)は、高周波電流をＩＨコイル(３)に送るインバータ回路部とインバータ回路部を制御する制御部を備えている。
電源(９)はバッテリである。始動指令装置(１１)は、キースイッチで、キーががエンジン運転位置(１１ａ)に投入されると、始動指令として電源(９)からスタータモータ(図外)への通電がなされるとともに、ＩＨ制御回路(１３)にも通電がなされる。

図１(Ａ)(Ｂ)に示すように、ＩＨコイル(３)は、自身の弾性復元力による締め付けで、放熱管(２)に摩擦固定されている。このため、図１(Ａ)に示すように、ＩＨコイル(３)を伸縮させずに自由長寸法Ｌ０のまま放熱管(２)に取り付ける場合には、必ずしも固定具を必要とせず、ＩＨコイル(３)を簡単に放熱管(２)に固定することができる。

図１(Ａ)(Ｃ)に示すように、ＩＨコイル(３)は、湾曲方向両端部(３ａ)(３ｂ)で湾曲方向反対側に反転する継目のない一連の電線(４)で構成されている。このため、ＩＨコイル(３)の途中にコネクタを設ける必要がなく、ＩＨコイル(３)を安価に製造でき、継目で生じる電力ロスも無くなる。

図１(Ｄ)に示すように、ＩＨコイル(３)の電線(４)の表面は、電線(４)の変形に追従して変形する電気絶縁体(４ａ)で覆われている。このため、ＩＨコイル(３)から放熱管(２)への漏電が防止される。
電気絶縁体(４ａ)は軟質の合成樹脂である。

図１(Ａ)に示すように、ＩＨコイル(３)は、放熱管(２)の直管部(２ａ)に取り付けられている。この場合、ＩＨコイル(３)の変形の度合いを小さくすることができ、ＩＨコイル(３)の取り付け状態が安定する。
図１(Ａ)〜(Ｄ)に示す基本例の説明は、以上の通りである。

次に、図２(Ａ)に示す第１変形例について説明する。
ＩＨコイル(３)は、放熱管(２)の軸長方向に伸縮可能とされ、第１変形例では、所定の伸縮状態で、放熱管(２)に固定されている。この場合、放熱管(２)の誘導加熱範囲を調節することができる。その理由は、ＩＨコイル(３)の伸縮調節によりＩＨコイル(３)の長さを自由に調節することができるからである。この第１変形例では、ＩＨコイル(３)は自由長寸法Ｌ０よりも長い伸長寸法Ｌ１で放熱管(２)に固定されている。
この第１変形例では、自身の弾性復元力でＩＨコイル(３)が元に戻らないようにするため、軸長方向の両端部が固定具(１４)(１４)で放熱管(２)に固定されている。固定具(１４)(１４)にはベルトクランプが用いられている。
他の構成と機能は、図１(Ａ)〜(Ｄ)に示す基本例と同じであり、図２(Ａ)中、基本例と同じ要素には、図１(Ａ)〜(Ｄ)と同じ符号を付しておく。

次に、図２(Ｂ)に示す第２変形例について説明する。
図２(Ｂ)に示す第２変形例では、ＩＨコイル(３)は、放熱管(２)の湾曲管部(２ｂ)に取り付けられている。この場合、湾曲管部(２ｂ)内で淀みやすい流体(１)を加熱して、流体(１)に含まれる水分の凍結を防止することができる。
この第２変形例も第１変形例と同様、ＩＨコイル(３)は、所定の伸縮状態で、放熱管(２)に固定され、自身の弾性復元力でＩＨコイル(３)が元に戻らないようにするため、軸長方向の両端部が固定具(１４)(１４)で放熱管(２)に固定されている。
他の構成と機能は、図１(Ａ)〜(Ｄ)に示す基本例と同じであり、図２(Ｂ)中、基本例と同じ要素には、図１(Ａ)〜(Ｄ)と同じ符号を付しておく。

次に、流体加熱装置のエンジンへの配置例について説明する。
図３に示すように、流体加熱装置を備えたエンジンは、シリンダブロック(２３)と、シリンダブロック(２３)の上部に組み付けられたシリンダヘッド(２４)と、シリンダヘッド(２４)の上部に組み付けられたシリンダヘッドカバー(２５)と、シリンダヘッドカバー(２５)に設けられたブリーザ室(１８)と、シリンダヘッド(２４)に接続された吸気通路(１９)及び排気通路(２６)と、吸気通路(１９)に接続されたエアクリーナ(２７)と、シリンダブロック(２３)の下部に設けられたオイルパン(２８)を備えている。ブリーザ室(１８)と吸気通路(１９)の間には、ブローバイガス通路(２０)が設けられ、ブローバイガス通路(２０)の途中にオイルセパレータ(２１)が配置されている。オイルセパレータ(２１)とオイルパン(２８)の間にはオイルドレイン通路(２２)が設けられている。

ブローバイガス通路(２０)のうち、放熱管(２)となる第１の金属配管(２０ａ)は、ブリーザ室(１８)のブローバイガス出口(１８ａ)とオイルセパレータ(２１)のブローバイガス入口(２１ａ)の間に配置され、放熱管(２)となる第２の金属配管(２０ｂ)はオイルセパレータ(２１)のブローバイガス出口(２１ｂ)と吸気通路(１９)のブローバイガス入口(１９ａ)の間に配置されている。放熱管(２)となる第３の金属配管(２２ａ)はオイルセパレータ(２１)のオイルドレイン出口(２１ｃ)とオイルパン(２８)のオイルドレイン入口(２８ａ)の間に配置されている。

図３に示すように、ＩＨコイル(３)は、放熱管(２)の複数箇所に取り付けられている。このため、放熱管(２)の加熱効率が高い。
ＩＨコイル(３)は、各金属配管(２０ａ)(２０ｂ)(２２ａ)の両端部にそれぞれ配置されている。第１の金属配管(２０ａ)の両端部のうち、吸気通路(１９)のブローバイガス入口(１９ａ)側の端部には、ＩＨコイル(３)が直列接続で２本配置されている。

図３に示すように、加熱される流体(１)は、ブローバイガス(５)、オイルセパレータ(６)からのドレインオイル(７)である。燃料搬送管を放熱管(２)となる金属管で構成し、燃料を加熱してもよい。
このため、寒冷時にブローバイガス(５)やドレインオイル(７)や燃料に含まれる水分の凍結を防止することができる。

(１)…流体、(２)…放熱管、(２ａ)…直管部、(２ｂ)…湾曲管部、(３)…ＩＨコイル、(３ａ)(３ｂ)…両端部、(４)…電線、(４ａ)…電気絶縁体、(５)…ブローバイガス、(６)…オイルセパレータ、(７)…ドレインオイル。

Claims

内部を流体(１)が通過する放熱管(２)と、ＩＨコイル(３)を備え、ＩＨコイル(３)で誘導加熱される放熱管(２)の熱が、流体(１)に放熱されるように構成され、
ＩＨコイル(３)は、可撓性を備え、放熱管(２)の周方向に沿って湾曲し、湾曲方向両端部(３ａ)(３ｂ)を備えた鞍形で、放熱管(２)に跨って取り付けられ、
ＩＨコイル(３)は、自身の弾性復元力による締め付けで、放熱管(２)に摩擦固定されている、ことを特徴とするエンジンの流体加熱装置。
請求項１に記載されたエンジンの流体加熱装置において、
ＩＨコイル(３)は、湾曲方向両端部(３ａ)(３ｂ)で湾曲方向反対側に反転する継目のない一連の電線(４)で構成されている、ことを特徴とするエンジンの流体加熱装置。
請求項１または請求項２に記載されたエンジンの流体加熱装置において、
ＩＨコイル(３)の電線(４)の表面は、電線(４)の変形に追従して変形する電気絶縁体(４ａ)で覆われている、ことを特徴とするエンジンの流体加熱装置。
内部を流体(１)が通過する放熱管(２)と、ＩＨコイル(３)を備え、ＩＨコイル(３)で誘導加熱される放熱管(２)の熱が、流体(１)に放熱されるように構成され、
ＩＨコイル(３)は、可撓性を備え、放熱管(２)の周方向に沿って湾曲し、湾曲方向両端部(３ａ)(３ｂ)を備えた鞍形で、放熱管(２)に跨って取り付けられ、
ＩＨコイル(３)の電線(４)の表面は、電線(４)の変形に追従して変形する電気絶縁体(４ａ)で覆われている、ことを特徴とするエンジンの流体加熱装置。
請求項４に記載されたエンジンの流体加熱装置において、
ＩＨコイル(３)は、湾曲方向両端部(３ａ)(３ｂ)で湾曲方向反対側に反転する継目のない一連の電線(４)で構成されている、ことを特徴とするエンジンの流体加熱装置。
請求項１から請求項５のいずれかに記載されたエンジンの流体加熱装置において、
ＩＨコイル(３)は、放熱管(２)の軸長方向に伸縮可能とされ、所定の伸縮状態で、放熱管(２)に固定されている、ことを特徴とするエンジンの流体加熱装置。
内部を流体(１)が通過する放熱管(２)と、ＩＨコイル(３)を備え、ＩＨコイル(３)で誘導加熱される放熱管(２)の熱が、流体(１)に放熱されるように構成され、
ＩＨコイル(３)は、可撓性を備え、放熱管(２)の周方向に沿って湾曲し、湾曲方向両端部(３ａ)(３ｂ)を備えた鞍形で、放熱管(２)に跨って取り付けられ、
ＩＨコイル(３)は、放熱管(２)の軸長方向に伸縮可能とされ、所定の伸縮状態で、放熱管(２)に固定されている、ことを特徴とするエンジンの流体加熱装置。
請求項７に記載されたエンジンの流体加熱装置において、
ＩＨコイル(３)は、湾曲方向両端部(３ａ)(３ｂ)で湾曲方向反対側に反転する継目のない一連の電線(４)で構成されている、ことを特徴とするエンジンの流体加熱装置。
請求項１から請求項８のいずれかに記載されたエンジンの流体加熱装置において、
ＩＨコイル(３)は、放熱管(２)の直管部(２ａ)に取り付けられている、ことを特徴とするエンジンの流体加熱装置。
請求項１から請求項９のいずれかに記載されたエンジンの流体加熱装置において、
ＩＨコイル(３)は、放熱管(２)の湾曲管部(２ｂ)に取り付けられている、ことを特徴とするエンジンの流体加熱装置。
請求項１から請求項１０のいずれかに記載されたエンジンの流体加熱装置において、
ＩＨコイル(３)は、放熱管(２)の複数箇所に取り付けられている、ことを特徴とするエンジンの流体加熱装置。
請求項１から請求項１１のいずれかに記載されたエンジンの流体加熱装置において、
放熱管(２)の内部を通過する流体(１)は、ブローバイガス(５)、オイルセパレータ(６)からのドレインオイル(７)、燃料のいずれかである、ことを特徴とするエンジンの流体加熱装置。