JP7473063B1 - 加熱システム - Google Patents

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【課題】簡易な構成で潤滑油を加熱する。【解決手段】加熱システムSは、エンジン11を通る第1管路13を循環しながらエンジン11を潤滑した後にエンジン11から落下した潤滑油12を貯留する、エンジン11の下部に取り付けられたオイルパン14と、空気を圧縮する圧縮機16と、圧縮機16から供給された圧縮空気が流れ、オイルパン14内の潤滑油12と圧縮空気とが熱交換可能にオイルパン14を含む所定の空間内に設けられた第2管路17と、を有する。【選択図】図1

Description

本発明は、潤滑油を加熱する加熱システムに関する。
エンジンや変速機を潤滑する潤滑油を加熱する技術が知られている。特許文献1には、圧縮機で圧縮されて昇温した空気が流れる通路に設けられた熱交換器に供給される潤滑油と、昇温した空気との熱交換を行うことで、潤滑油を加熱する技術が開示されている。
WO2018/020776
しかし、圧縮機で圧縮されて昇温した空気が流れる通路に、潤滑油が流れる熱交換器を設けたり、熱交換器まで潤滑油が流れるように管路を設けたりする必要があり、潤滑油を加熱するシステムの構造が複雑になっていた。
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で潤滑油を加熱することを目的とする。
本発明の態様においては、エンジンを通る第1管路を循環しながら前記エンジンを潤滑した後に前記エンジンから落下した潤滑油を貯留する、前記エンジンの下部に取り付けられたオイルパンと、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機から供給された圧縮空気が流れ、前記オイルパン内の前記潤滑油と前記圧縮空気とが熱交換可能に前記オイルパンを含む所定空間内に設けられた第2管路と、を有する加熱システムを提供する。
前記第2管路は、前記オイルパンの外周面に接するように設けられていてもよい。
前記第2管路は、前記オイルパンを貫通して前記オイルパン内の前記潤滑油に接するように設けられていてもよい。
前記オイルパンは、第1オイルパン及び第2オイルパンを含み、前記第2オイルパンは、前記第1オイルパンよりも容積が小さく、前記第1オイルパンに接続され、かつ前記エンジンを潤滑した前記潤滑油が前記第1オイルパンよりも先に落下し、前記第2管路は、前記第2オイルパンの外周面に接するように設けられていてもよい。
前記第2管路は、前記第1オイルパン及び前記第2オイルパンの外周面に接するように設けられ、前記圧縮空気は、前記第2管路を前記第2オイルパンから前記第1オイルパンに向かう向きに流れてもよい。
前記オイルパンは、第1オイルパン及び第2オイルパンを含み、前記第2オイルパンは、前記第1オイルパンよりも容積が小さく、前記第1オイルパンに接続され、かつ前記エンジンを潤滑した前記潤滑油が前記第1オイルパンよりも先に落下し、前記第2管路は、前記第2オイルパンを貫通して前記第2オイルパン内の前記潤滑油に接するように設けられていてもよい。
前記第2管路は、前記第2オイルパン及び前記第1オイルパンを貫通して前記第1オイルパン及び前記第2オイルパン内の前記潤滑油に接するように設けられ、前記圧縮空気は、前記第2管路を前記第2オイルパンから前記第1オイルパンに向かう向きに流れてもよい。
前記第1オイルパンと前記第2オイルパンとの間の前記潤滑油の流れを遮断する弁と、前記圧縮空気が前記第2管路に供給される場合に前記弁を制御して前記第1オイルパンと前記第2オイルパンとの間の前記潤滑油の流れを遮断させる動作制御部と、を有してもよい。
前記潤滑油の温度を取得する取得部と、前記潤滑油の温度が閾値未満の場合に前記圧縮機を動作させて前記第2管路に前記圧縮空気を供給させる動作制御部と、を有してもよい。
本発明によれば、簡易な構成で潤滑油を加熱できるという効果を奏する。
加熱システムの構成を説明するための図である。 加熱制御装置の構成を説明するための図である。 潤滑油の一部を加熱するためのオイルパンの構成を説明するための図である。 潤滑油の一部を循環させるときの模式図である。 第1オイルパン及び第2オイルパンを貫通する第2管路を説明するための図である。 加熱制御装置が潤滑油を加熱する処理の一例を示すフローチャートである。
[加熱システムSの構成]
図1は、加熱システムSの構成を説明するための図である。加熱システムSは、エンジン11を潤滑する潤滑油12を加熱するシステムである。加熱システムSは、例えば車両や船舶に搭載されている。エンジン11は、シリンダブロック111を有する。シリンダブロック111はシリンダ112を有し、ピストン113が収容されている。
潤滑油12は、エンジン11を通る第1管路13を循環しながらエンジン11のシリンダブロック111内のシリンダ112を潤滑する。具体的には、潤滑油12は、シリンダ112とピストン113の間に油膜を形成する。潤滑油12が油膜を形成することにより、ピストン113とシリンダ112の接触面が潤滑されて、ピストン113がシリンダ112内で滑らかに動作する。潤滑油12は、油膜を形成した後、シリンダブロック111から落下する。
オイルパン14は、シリンダブロック111と一体に構成されている。オイルパン14は、エンジン11の下部に設けられている。オイルパン14は、上方に位置するシリンダブロック111から落下した潤滑油12を貯留する。ポンプ15は、潤滑油12を循環させる。具体的には、ポンプ15は、オイルパン14に貯留する潤滑油12を汲みあげて第1管路13に供給する。
圧縮機16は、外部の空気を吸い込んで圧縮することで空気の温度を上昇させる。圧縮機16は、圧縮することで摂氏100度以上にした圧縮空気を第2管路17に供給する。具体的には、圧縮機16は、摂氏100度以上200度未満にした圧縮空気を第2管路17に供給する。圧縮機16は、例えば遠心圧縮機であるが、これに限定するものではない。
第2管路17は、圧縮機16から供給された圧縮空気が流れる。第2管路17は、オイルパン14を含む所定空間内に設けられ、第2管路17を流れる圧縮空気とオイルパン14内の潤滑油12とが熱交換可能になっている。具体的には、第2管路17は、オイルパン14を貫通してオイルパン14内の潤滑油12に接するように設けられていている。第2管路17は、オイルパン14の内部を通過するように設けられている。また、第2管路17は、エンジン11の動作時、もしくは、加熱システムSの動作時において、オイルパン14に貯留された潤滑油12に少なくとも一部が接触するように設けられている。これにより、第2管路17とオイルパン14内の潤滑油12が直接接触するので、圧縮空気とオイルパン14内の潤滑油12は、第2管路17の外周面のみを介して熱交換できる。
第2管路17は、オイルパン14を貫通する替わりに、オイルパン14の外周面に接するように設けられてもよい。これにより、圧縮空気とオイルパン14内の潤滑油12とは、オイルパン14の外周面と第2管路17の外周面を介して熱交換可能できる。このようにすることで、加熱システムSは、第2管路17にオイルパン14を貫通させる場合よりも簡易な構成で圧縮空気と潤滑油12を熱交換させることができる。
温度センサ18は、第1管路13内を流れる潤滑油12の温度を検出する。温度センサ18は、例えば熱電対又はサーミスタであるが、これに限定するものではない。温度センサ18は、潤滑油12の温度を所定の時間間隔で検出する。時間間隔は適宜定めればよく、時間間隔の具体的な値は例えば100ミリ秒である。温度センサ18は、検出した潤滑油12の温度を加熱制御装置2に出力する。
加熱制御装置2は、温度センサ18が検出した潤滑油12の温度に基づいて潤滑油12を加熱する。図2は、加熱制御装置2の構成を説明するための図である。加熱制御装置2は、記憶部21及び制御部22を有する。記憶部21は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)及びハードディスク等を含む記憶媒体である。記憶部21は、制御部22が実行するプログラムを記憶する。
制御部22は、例えばCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサを含む計算リソースである。制御部22は、記憶部21に記憶されたプログラムを実行することにより、取得部221及び動作制御部222としての機能を実現する。
取得部221は、温度センサ18が検出した潤滑油12の温度を取得する。取得部221は、温度センサ18が所定の時間間隔で潤滑油12の温度を出力する毎に潤滑油12の温度を取得する。
動作制御部222は、潤滑油12の温度が閾値未満の場合に圧縮機16を動作させて第2管路17に圧縮空気を供給させる。閾値は、潤滑油12がエンジン11を適切に潤滑できる温度として予め定められている。閾値の具体的な値は例えば摂氏60度であるが、これに限定するものではない。このようにすることで、動作制御部222は、圧縮することで昇温して外部の空気よりも高温になった圧縮空気を第2管路に供給できる。これにより、加熱システムSは、オイルパン14に貯留する潤滑油12と、外部の空気よりも高温の圧縮空気とを熱交換させられる。その結果、潤滑油12は昇温する。
実施の形態に係る加熱システムSは、潤滑油12が貯留するオイルパン14を含む所定空間に、外部の空気よりも高温の圧縮空気が流れる第2管路17を設けるだけで、潤滑油12を加熱できる。そのため、加熱システムSは、圧縮空気が流れる管路に潤滑油12が流れる熱交換器を設けたり、熱交換器まで潤滑油12が流れるように管路を設けたりすることなく、簡易な構成で潤滑油12を加熱できる。
動作制御部222は、潤滑油12の温度が閾値以上の場合、圧縮機16を停止させる。具体的には、動作制御部222は、圧縮機16を動作させた後、潤滑油12の温度が閾値以上になった場合、圧縮機16を停止させる。これにより、動作制御部222は、潤滑油12の過熱による潤滑油12の粘度低下を抑制することが可能となる。その結果、潤滑油12の粘度低下による油膜の形成不良が抑制される。
(オイルパン14の構成)
ところで、潤滑油12の全量を加熱する場合、多量の熱が必要になるので、潤滑油12の温度を閾値以上にするのにより多くの時間がかかってしまう。そこで、加熱システムSは、潤滑油12の一部を循環させて、循環する一部の潤滑油12を加熱する。これにより、加熱システムSは、潤滑油12の全量を加熱するよりも早く、循環している潤滑油12の温度を閾値以上にする。以下、潤滑油12の一部を加熱するためのオイルパン14の構成を説明する。図3は、潤滑油12の一部を加熱するためのオイルパン14の構成を説明するための図である。図3のオイルパン14は、第1オイルパン141及び第2オイルパン142を含む。
図3において、第1オイルパン141は、一点鎖線で示されている。第2オイルパン142は、二点鎖線で示されている。第2オイルパン142は、第1オイルパン141よりも容積が小さい。また、第2オイルパン142は、エンジン11を潤滑した潤滑油12が第1オイルパン141よりも先に落下する位置に設けられている。具体的には、第2オイルパン142は、第1オイルパン141の鉛直方向上方に設けられている。第2オイルパン142は、第1オイルパン141に貫通孔145で接続されている。貫通孔145は、第2オイルパン142の底面の端部に設けられている。第2オイルパン142の底面は、貫通孔145が形成された端部側が低くなるように、傾斜している。これにより、第2オイルパン142に落下した潤滑油12が、貫通孔145に向けて流れる。
潤滑油12は、第2オイルパン142に落下すると貫通孔145に向けて流れ、貫通孔145から第1オイルパン141に落下して第1オイルパン141に貯留する。第1オイルパン141に貯留する潤滑油12は、ポンプ15で汲み上げられた後、第1管路13を通ってエンジン11に供給される。そして、潤滑油12は、シリンダブロック111のシリンダ112を潤滑した後、再度第2オイルパン142に落下する。このように、潤滑油12は、貫通孔145が開放されている場合、潤滑油12の全量が循環しながらエンジン11を潤滑する。
動作制御部222は、潤滑油12の温度が閾値未満の場合、潤滑油12の一部を循環させる。図4は、潤滑油12の一部を循環させるときの模式図である。動作制御部222は、第1オイルパン141とポンプ15の間の潤滑油12の流れと、第1オイルパン141と第2オイルパン142の間の潤滑油12の流れとを遮断することで、潤滑油12の一部を循環させる。動作制御部222は、アクチュエータ19を制御することで弁144と弁143を動かすことで潤滑油12の流れを制御する。具体的には、動作制御部222は、アクチュエータ19を動作させることで弁144を動かして弁144に連通孔146を閉塞させることで第1オイルパン141とポンプ15の間の潤滑油12の流れを遮断する。また、動作制御部222は、アクチュエータ19を動作させることで弁143を動かして弁143に貫通孔145を閉塞させことで第1オイルパン141と第2オイルパン142の間の潤滑油12の流れを遮断する。
動作制御部222は、第1オイルパン141と第2オイルパン142の間の潤滑油12の流れを遮断すると同時に、第2オイルパン142とポンプ15との間の流れを開放する。具体的には、動作制御部222は、弁143を動作させることで、貫通孔145を閉塞させるとともに、第2オイルパン142と第3管路121を接続する接続孔147を開放する。
連通孔146が閉塞した場合、第1オイルパン141に貯留している潤滑油12aは、ポンプ15に汲み上げられることなく第1オイルパン141に貯留し続ける。また、貫通孔145が閉塞した後に第2オイルパン142に落下した潤滑油12bは、第1オイルパン141に落下せずに第2オイルパン142に貯留する。そして、第2オイルパン142に貯留する潤滑油12bは、第2オイルパン142とポンプ15を接続する第3管路121からポンプ15に供給される。これにより、加熱システムSは、潤滑油12の温度が閾値未満の場合、潤滑油12の一部である潤滑油12bを循環させることができる。その結果、加熱システムSは、潤滑油12の全部がエンジン11を循環する場合よりも少ない熱量で潤滑油12bの温度を上げることができる。また、これにより、加熱システムSは、より短い時間でエンジン11を暖気できる。
動作制御部222は、潤滑油12の温度が閾値以上の場合、連通孔146を開放させるとともに、貫通孔145を開放させて接続孔147を閉塞させる。具体的には、動作制御部222は、弁144を動作させて連通孔146を開放し、弁143を動作させて貫通孔145を開放するとともに接続孔147を閉塞させる。そして、動作制御部222は、圧縮機16を停止させる。これにより、動作制御部222は、潤滑油12の過熱による潤滑油12の粘度低下を抑制することが可能となる。
(第2管路17の構成)
第2管路17は、オイルパン14が第1オイルパン141と第2オイルパン142を含む場合、第2オイルパン142及び第1オイルパン141を貫通して第2オイルパン142及び第1オイルパン141内の潤滑油12に接するように設けられる。図5は、第1オイルパン141及び第2オイルパン142を貫通する第2管路17を説明するための図である。図5に示すように、第2管路17は、第2オイルパン142の側面から第2オイルパン142内に挿入される。第2管路17は、第2オイルパン142の底面であり、かつ第1オイルパン14の天面から第1オイルパン14に挿入される。第2管路17は、第1オイルパン14の側面から第1オイルパン14の外部に出る。
圧縮機16は、第2オイルパン142から第1オイルパン141に向かうように圧縮空気を第2管路17に供給する。第2管路17に供給される圧縮空気は、第2管路17を第2オイルパン142から第1オイルパン141に向かう向きに流れる。このようにすることで、圧縮空気は、まず第2オイルパン142の潤滑油12bと熱交換し、次に第1オイルパン141の潤滑油12aと熱交換する。その結果、圧縮空気は、第2オイルパン142の潤滑油12bだけでなく、第1オイルパン141の潤滑油12aとも熱交換できる。その結果、加熱システムSは、第1オイルパン141内の循環していない潤滑油12aも加熱できるので、第1オイルパン141の潤滑油12aと第2オイルパン142の潤滑油12bの温度差を低減できる。その結果、加熱システムSは、第1オイルパン141と第2オイルパン142の間で潤滑油12が流れるようにした場合の潤滑油12の温度変化を低減できる。
第2管路17は、第1オイルパン141及び第2オイルパン142の外周面に接するように設けられてもよい。この場合、第2管路17は、圧縮空気の流れの上流側で第2オイルパン142の外周面に接し、圧縮空気の流れの下流側で第1オイルパン141の外周面に接する。加熱システムSは、第2管路17にオイルパン14を貫通させる場合よりも簡易な構成で圧縮空気と潤滑油12を熱交換させることができる。
第2管路17は、第1オイルパン141の外周面に接することなく、第2オイルパン142の外周面のみに接するように設けられてもよい。また、第2管路17は、第2オイルパン142を貫通して第2オイルパン142内の潤滑油12のみに接するように設けられたりしてもよい。このようにすることで、加熱システムSは、第2管路17が第1オイルパン141及び第2オイルパン142の両方に接するようにしたり、第1オイルパン141及び第2オイルパン142の両方を貫通させたりするよりも簡易な構成で第2オイルパン142の潤滑油12bを加熱することができる。
[潤滑油12を加熱する処理]
図6は、加熱制御装置2が潤滑油12を加熱する処理の一例を示すフローチャートである。図6にフローチャートは、エンジン11が始動した場合(例えば冷間始動時)に実行される。
取得部221は、潤滑油12の温度を取得する(ステップS1)。動作制御部222は、潤滑油12の温度が閾値未満であるか否かを判定する(ステップS2)。動作制御部222は、潤滑油12の温度が閾値以上の場合(ステップS2でNo)、処理を終了する。
動作制御部222は、潤滑油12の温度が閾値未満である場合(ステップS2でYes)、第1オイルパン141と第2オイルパン142の間の潤滑油12の流れを遮断する(ステップS3)。具体的には、動作制御部222は、弁143を動かして貫通孔145を閉塞させるとともに、弁144を動かして連通孔146を閉塞させる。そして、動作制御部222は、圧縮機16を動作させる(ステップS4)。なお、ステップS3の前にステップS4が実行されてもよく、ステップS3とステップS4が並列に実行されてもよい。
圧縮機16は、圧縮空気を第2管路17に供給する。第2管路17を流れる圧縮空気は、第2オイルパン142に貯留する潤滑油12と熱交換する。このとき、圧縮空気の温度は潤滑油12の温度よりも高いので、圧縮空気の熱が潤滑油12に移動して潤滑油12は昇温する。
取得部221は、第1オイルパン141と第2オイルパン142の間の潤滑油12の流れが遮断された後の潤滑油12の遮蔽後温度を取得する(ステップS5)。動作制御部222は、遮蔽後温度が、閾値以上か否かを判定する(ステップS6)。動作制御部222は、遮蔽後温度が閾値未満の場合(ステップS6でNo)、遮蔽後温度が閾値以上になるまで待機する。
動作制御部222は、遮蔽後温度が閾値以上の場合(ステップS6でYes)、第1オイルパン141と第2オイルパン142の間の潤滑油12の流れを開放する(ステップS7)。具体的には、動作制御部222は、弁143を動かして貫通孔145を開放させるとともに、弁144を動かして連通孔146を開放させる。そして、動作制御部222は、圧縮機16を停止させる(ステップS8)。なお、なお、ステップS7の前にステップS8が実行されてもよく、ステップS7とステップS8が並列に実行されてもよい。
(変形例)
上記のとおり、潤滑油12を加熱する処理は、エンジン11の冷間始動時に、潤滑油12の温度が閾値未満の場合に実行され、潤滑油12の温度が閾値以上の場合に終了する。しかし、これに限らず、潤滑油12を加熱する処理は、エンジン11が始動している場合に潤滑油12の温度が閾値未満になったら実行されてもよい。言い換えると、加熱制御装置2は、エンジン11が始動している間、潤滑油12の温度を所定の時間間隔で取得し、取得した潤滑油12の温度が閾値未満の場合に圧縮機16を始動して潤滑油12を加熱し、潤滑油12の温度が閾値未満の場合に圧縮機16を停止して潤滑油12の加熱を停止する。このようにすることで、加熱制御装置2は、エンジン11の始動直後だけでなく、例えばエンジン11が無負荷で動作するアイドリング中や、加熱システムSが搭載された車両が下り坂を走行中にエンジン11の出力が低下して潤滑油12の温度が低下した際に潤滑油12を加熱できる。
[加熱システムSの効果]
以上説明したとおり、加熱システムSは、エンジン11を通る第1管路13を循環しながらエンジン11を潤滑した後にエンジン11から落下した潤滑油12を貯留する、エンジン11の下部に取り付けられたオイルパン14内の潤滑油12と、圧縮空気とが熱交換可能にオイルパン14を含む所定空間内に設けられた第2管路17に圧縮空気を供給する。これにより、加熱システムSは、温度が上昇して空気よりも高温になった圧縮空気と潤滑油12を熱交換させるので、潤滑油12を加熱できる。つまり、加熱システムSは、圧縮空気が流れる通路に潤滑油12が流れる熱交換器を設けたり、熱交換器まで潤滑油12が流れるように管路を設けたりするよりも、簡易な構成で潤滑油12を加熱できる。そして、加熱システムSは、温められた潤滑油12を循環させることによりエンジン11を加熱できるので、圧縮空気を供給しない場合よりもエンジン11の暖気に係る時間を短くできる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。
S 加熱システム
11 エンジン
12 潤滑油
13 第1管路
14 オイルパン
15 ポンプ
16 圧縮機
17 第2管路
18 温度センサ
111 シリンダブロック
112 シリンダ
121 第3管路
141 第1オイルパン
142 第2オイルパン
143 弁
144 弁
145 貫通孔
146 連通孔
147 接続孔
2 加熱制御装置
21 記憶部
22 制御部
221 取得部
222 動作制御部

Claims (4)

  1. エンジンを通る第1管路を循環しながら前記エンジンを潤滑した後に前記エンジンから落下した潤滑油を貯留する、前記エンジンの下部に取り付けられたオイルパンと、
    空気を圧縮する圧縮機と、
    前記圧縮機から供給された圧縮空気が流れ、前記オイルパン内の前記潤滑油と前記圧縮空気とが熱交換可能に前記オイルパンを含む所定空間内に設けられた第2管路と、
    を有し、
    前記オイルパンは、第1オイルパン及び第2オイルパンを含み、
    前記第2オイルパンは、前記第1オイルパンよりも容積が小さく、前記第1オイルパンに接続され、かつ前記エンジンを潤滑した前記潤滑油が前記第1オイルパンよりも先に落下し、
    前記第2管路は、前記第2オイルパンを貫通して前記第2オイルパン内の前記潤滑油に接するように設けられている、
    加熱システム。
  2. 前記圧縮空気は、前記第2管路を前記第2オイルパンから前記第1オイルパンに向かう向きに流れる、
    請求項に記載の加熱システム。
  3. 前記第1オイルパンと前記第2オイルパンとの間の前記潤滑油の流れを遮断する弁と、
    前記圧縮空気が前記第2管路に供給される場合に前記弁を制御して前記第1オイルパンと前記第2オイルパンとの間の前記潤滑油の流れを遮断させる動作制御部と、を有する、
    請求項1又は2に記載の加熱システム。
  4. 前記潤滑油の温度を取得する取得部と、
    前記潤滑油の温度が閾値未満の場合に前記圧縮機を動作させて前記第2管路に前記圧縮空気を供給させる動作制御部と、を有する、
    請求項1又は2に記載の加熱システム。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2005188323A (ja) 2003-12-24 2005-07-14 Nissan Motor Co Ltd エンジンの暖機装置
JP6026214B2 (ja) 2011-10-19 2016-11-16 東芝メディカルシステムズ株式会社 連続マルチスケール再構成において詳細画像を補うx線コンピュータ断層撮像装置(x線ct装置)、医用画像処理装置及び医用画像処理方法
CN106286069A (zh) 2016-09-14 2017-01-04 北京理工大学 工程车辆辅机电站寒区预热系统

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