JP6990082B2

JP6990082B2 - オイルパン加熱装置

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Publication number: JP6990082B2
Application number: JP2017188508A
Authority: JP
Inventors: 隆角田
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2022-01-12
Anticipated expiration: 2037-09-28
Also published as: JP2019065712A

Description

本発明は、オイルパンとアンダカバーとの間に蓄熱ユニットを配設し、この蓄熱ユニットにてオイルパンを加熱するようにしたオイルパン加熱装置に関する。

オイルパンに貯留されているエンジンオイルは、冷態時は温度が低いため粘性が高く、従って、冷態始動時はエンジンオイルの高い粘性により摺動部のフリクションが増加し燃費悪化を招くことになる。従って、冷態始動時はエンジンオイルの温度上昇を促進させることが望ましい。

例えば、特許文献１（特開２００１－３５５４２１号公報）には、オイルパンの外周をオイルカバーで覆い、オイルパンとオイルカバーとの間に形成された空隙に走行風を通すための流路を形成し、オイルパンカバー前面に流路を開閉する開閉バルブを設け、この開閉バルブを、サーモワックスを内蔵する感熱ロッドで開閉させることで、冷態時は開閉バルブを閉じて保温する技術が開示されている。

特開２００１－３５５４２１号公報

しかし、上述した文献に開示されている技術では、冷態始動時においてはオイルパンの外周に形成された通路内は、外気温とほぼ同一であるため、エンジンオイルの粘性が高く、暖機運転を早期に完了させることは困難であり、燃費改善には限界がある。

本発明は、上記事情に鑑み、簡単な構造で、冷態始動時におけるエンジンオイルの粘性悪化を防止し、良好な始動性を得ることができるばかりでなく、暖機運転を早期に完了させることを可能にして、燃費を大幅に改善させることのできるオイルパン加熱装置を提供することを目的とする。

本発明は、オイルパンと、前記オイルパンの下方に配設されたアンダカバーと、前記オイルパンと前記アンダカバーとの間に介装された前記オイルパンを加熱する加熱手段とを備えるオイルパン加熱装置において、前記加熱手段は、車両の挙動によって発生する熱源からの熱で蓄熱される蓄熱材と、前記蓄熱材を囲繞する断熱材と、前記断熱材の少なくとも前記オイルパンに対向する面に形成された放熱口と、前記放熱口を開閉させるアッパシャッタとを備え、前記アッパシャッタをエンジン始動前に開放させる制御手段を更に備える。

本発明によれば、車両の挙動によって発生する熱源からの熱で蓄熱される蓄熱材を有する蓄熱ユニットを、オイルパンとアンダカバーとの間に介装し、エンジン始動前にアッパシャッタを開放させて、蓄熱ユニットに設けた蓄熱材からの放熱によりオイルパンを加熱刺せてエンジンオイルを昇温させるようにしたので、冷態始動時におけるエンジンオイルの粘性悪化が防止され、良好な始動性を得ることができる。その結果、暖機運転を早期に完了させることが可能隣、燃費を大幅に改善させることができる。又、蓄熱材が車両の挙動によって発生する熱源からの熱で蓄熱されるようにしたので構造の簡素化を１０実現することができる。

第１実施形態によるオイルパン及びその周辺の断面側面図同、蓄熱ユニットの拡大断面図同、オイルパン温冷制御ユニットの概略構成図同、蓄熱処理ルーチンを示すフローチャート同、プレ加熱処理ルーチンを示すフローチャート同、蓄熱材温調処理ルーチンを示すフローチャート第２実施形態によるオイルパン及びその周辺の断面側面図

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
［第１実施形態］
図１～図６に本発明の第１実施形態を示す。図１の符号１は車両前部であり、内部にエンジンルーム１ａが形成されている。

このエンジンルーム１ａにエンジン２が搭載されており、このエンジン２の底面に、高い放熱性を有する材料で形成されたオイルパン３が固設され、又、後端に変速機４が連設されている。更に、オイルパン３の下方であるエンジンルーム１ａの底面がアンダカバー５で覆われている。オイルパン３にはエンジンオイルが貯留されており、エンジン稼働中は循環されて各要潤滑部を潤滑すると共に冷却的機能も備えている。

又、アンダカバー５とオイルパン３との間に加熱手段である蓄熱ユニット６が介装されている。この蓄熱ユニット６はオイルパン３の底面全体に対抗する平板上に形成されており、図２に示すように、蓄熱容器６ａを有し、この蓄熱容器６ａに蓄熱材６ｂが充填されている。蓄熱容器６ａは伝熱性を有する金属製であり、又、蓄熱材６ｂは、例えばパラフィンを主原料とする潜熱蓄熱材である。

更に、この蓄熱容器６ａの外周がアルミナ繊維等の耐熱性の高い硬質断熱材６ｃで囲繞されている。この硬質断熱材６ｃの上下面に放熱口６ｄが所定間隔で開口されており、この上面側の放熱口６ｄがアッパシャッタ１０ａで開閉自在にされている。又、下面側の放熱口６ｄがアンダシャッタ１０ｂで開閉自在にされている。この各シャッタ１０ａ，１０ｂ、硬質樹脂などは断熱性を有する部材で形成されており、後述するオイルパン加熱装置２１のコントローラ２１ａに接続されているアッパシャッタアクチュエータ３３ａ、アンダシャッタアクチュエータ３３ｂで開閉駆動される。
又、アンダカバー５の蓄熱ユニット６に対抗する部位に、エンジンルーム１ａ内に走行風を導入する開口部５ａが所定間隔を開けて開口されており、各開口部５ａがカバーシャッタ１１で開閉自在にされている。又、この各カバーシャッタ１１は、後述するオイルパン加熱装置２１のコントローラ２１ａに接続されているカバーシャッタアクチュエータ３４で開閉駆動される。

図３に示すオイルパン加熱装置２１は車両に搭載されており、このオイルパン加熱装置２１に設けられている制御手段としてのコントローラ２１ａは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び不揮発性メモリ等を有する周知のマイクロコンピュータを主体に構成されており、ＲＯＭにはＣＰＵが実行する各種プログラム、各種固定データ等が記憶されている。コントローラ２１ａはオイルパン３をプレ加熱するための熱を蓄熱させる蓄熱処理、乗員が乗車する際のプレ加熱処理、及び走行時における蓄熱材６ｂの過熱を防止する蓄熱材冷却処理を実行する。

このコントローラ２１ａの入力側に、熱エネルギ回収手段としての熱回収ユニット２２が接続されている。この熱回収ユニット２２は発熱源２３で発生した熱エネルギを電気エネルギに変換して回収するものである。発熱源２３としては車両の挙動で発生する熱源と自然熱源がある。車両の挙動による発熱源２３としては、走行時の車両に発生するタイヤ摩擦熱、フレーム、マウント、サスペンション等の振動熱、空気抵抗による摩擦熱等がり、更に、エンジン２の燃焼に起因して発生する種々の熱も含まれる。又、自然熱源による発熱源２３としては太陽熱、風力等がある。そして、熱回収ユニット２２で回収した電気エネルギをコントローラ２１ａへ送信する。

更に、このコントローラ２１ａの入力側に受信機２４が接続されている。この受信機２４は、運転者等が携帯する送信機２５からの信号を受信するもので、運転者等の操作者は、送信機２５に設けられているプレ加熱スイッチ（図示せず）をＯＮすることで、遠隔地からプレ加熱信号を受信機２４に無線送信する。受信機２４がプレ加熱信号を受信すると、それをトリガーとして、コントローラ２１ａが予め記憶されている制御プログラムに従いオイルパンをプレ加熱するプレ加熱制御を実行する。

又、コントローラ２１ａの出力側にＰＴＣヒータ等、抵抗加熱で発熱する電気ヒータ３１が接続されており、この電気ヒータ３１が、上述した蓄熱容器２ａ内に配設されて、蓄熱材６ｂを加熱可能にしている。

更に、この蓄熱容器２ａ内に蓄熱材６ｂの温度を検知する温度検出手段としての温度センサ１６が配設されており、この温度センサ１６がコントローラ２１ａの入力側に接続されている。又、このコントローラ２１ａの出力側に上述したアッパシャッタアクチュエータ３３ａ、アンダシャッタアクチュエータ３３ｂ、カバーシャッタアクチュエータ３４が接続されている。

コントローラ２１ａは、車両が走行中は熱回収ユニット２２で回収した発熱源２３から電気エネルギにて電気ヒータ３１を発熱させて蓄熱材６ｂを加熱させ、蓄熱させる。又、運転者（乗員）が乗車する前のエンジン停止状態において、蓄熱材６ｂの熱でオイルパン３をプレ加熱させる。更に、走行中は蓄熱材６ｂの温度を監視し、蓄熱材６ｂの温度が設定閾値以下の場合はオイルパン３からの輻射熱により加温させ、設定閾値を超えた場合は冷却させて過熱を防止する。

このコントローラ２１ａで行う蓄熱処理、プレ加熱処理、蓄熱材温調処理は、具体的には、図４～図６に示す各処理ルーチンに従って実行される。尚、各シャッタ１０ａ，１０ｂ，１１は、通常は閉状態にある。

先ず、図４に示す蓄熱処理ルーチンについて説明する。上述したように、車両が走行すると、熱回収ユニット２２は発熱源２３からの熱エネルギを電気エネルギに変換する。コントローラ２１ａは、この電気エネルギにて電気ヒータ３１を発熱させて、蓄熱材６ｂを加熱する。

蓄熱処理ルーチンでは、先ず、ステップＳ１で、温度センサ１６で検出した蓄熱材６ｂの温度（蓄熱温度）を読込み、ステップＳ２で蓄熱材６ｂが蓄熱可能か否か、換言すれば、蓄熱容量に余裕があるか否かを、予め設定した閾値に基づいて判定する。閾値は、蓄熱材６ｂの飽和温度（沸点）以下であれば良く、任意に設定可能である。そして、蓄熱温度が閾値以下の場合、蓄熱可能と判定してステップＳ３へ進む。又、蓄熱温度が閾値を超えている場合は、蓄熱不能と判定し、ステップＳ５へ分岐する。

ステップＳ３へ進むと熱回収処理を実行してステップＳ４へ進む。この熱回収処理は、熱回収ユニット２２で回収した電気エネルギを、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の回路を介して電気ヒータ３１を発熱可能な電圧まで調圧させる処理を含む。

そして、ステップＳ４ヘ進み、調圧した電圧で電気ヒータ３１を発熱させて、ルーチンを抜ける。一方、ステップＳ５へ分岐すると、電気ヒータ３１をＯＦＦさせてルーチンを抜ける。蓄熱材６ｂはその周囲が断熱材６ｃで覆われており、断熱材６ｃに開口されている放熱口６ｄは各シャッタ１０ａ，１０ｂによって閉塞されているため、放熱され難く、蓄熱状態が長時間保持される。

一方、図５に示すプレ加熱処理ルーチンは、プレ加熱信号を受信するまで待機している。このプレ加熱信号は、運転者（乗員）が送信機２５のプレ加熱スイッチ（図示せず）をＯＮすることで発信される。従って、運転者（乗員）が乗車前にプレ加熱スイッチ（図示せず）をＯＮすることで、エンジンオイルを予め温めておくことができる。

そして、ステップＳ１１でプレ加熱信号を受信するとステップＳ１２へ進む。この場合、オイルパン３の温度を検出し、蓄熱ユニット６による加熱が必要か否かを判定する処理を加えても良い。

そして、ステップＳ１２へ進むと、アッパシャッタアクチュエータ３３ａを駆動させて、蓄熱ユニット６の上面に開口されている放熱口６ｄを閉塞しているアッパシャッタ１０ａを開放させてルーチンを抜ける。尚、この状態は、図１、図２におけるアンダシャッタ１０ｂとカバーシャッタ１１が閉塞され、アッパシャッタ１０ａのみが開放されている状態となっている。

すると、蓄熱ユニット６の蓄熱材６ｂに蓄熱されている熱が、放熱口６ｄからオイルパン３の底方向へ放射され、オイルパン３を加熱する。その結果、このオイルパン３に貯留されているエンジンオイルが暖められ、粘性が低下される。これにより、冷態時同時であっても、暖機運転を早期完了させることが可能となり、燃費改善を実現することができる。尚、このアッパシャッタ１０ａの開放状態は暖機運転が完了するまで継続させるようにしても良いが、予め設定した時間だけ継続させるようにしても良い。このプレ加熱処理ルーチンが終了した場合、アッパシャッタ１０ａは閉動作し放熱口６ｄが遮蔽される。

そして、上述したプレ加熱処理が終了し、且つ、エンジン２の始動後の暖機運転が完了すると、図６に示す蓄熱材温調処理ルーチンが起動される。

このルーチンでは、先ず、ステップＳ２１で、温度センサ１６で検出した蓄熱材６ｂの温度と予め設定されている閾値とを比較する。この閾値は蓄熱材６ｂの飽和温度（沸点）よりも低い温度に設定されている。そして、蓄熱材６ｂの温度が閾値以下の場合、ステップＳ２２へ進み、閾値を超えている場合はステップＳ２５へ分岐する。

ステップＳ２２へ進むと、アッパシャッタアクチュエータ３３ａを駆動させて、アッパシャッタ１０ａを開放させる。そして、ステップＳ２３へ進み、アンダシャッタ１０ｂの閉状態を維持し、ステップＳ２４へ進み、カバーシャッタアクチュエータ３４を駆動させて、アンダカバー５に開口されている開口部５ａを閉塞するカバーシャッタ１１を開放させて、ルーチンを抜ける。従って、図１の状態では、蓄熱ユニット６の底面に設けたアンダシャッタ１０ｂのみが閉塞された状態となる。

暖機運転完了後のエンジンオイルは充分に暖められているため、オイルパン３からの輻射熱と蓄熱材６ｂとの相対温度により、オイルパン３からの輻射熱が蓄熱材６ｂの温度よりも高い場合は、その輻射熱により蓄熱材６ｂが加熱されて蓄熱される。又、走行時はアンダカバー５の開口部５ａからエンジンルーム内に流入される走行風によってオイルパン３が冷却され、エンジンオイルの温度上昇が抑制される。

一方、ステップＳ２１で蓄熱材６ｂの温度が閾値を超えていると判定されてステップＳ２５へ分岐すると、アッパシャッタ１０ａを閉動作させて、オイルパン３の底面に対向する蓄熱ユニット６の放熱口６ｄを閉塞させる。次いで、ステップＳ２６へ進み、アンダシャッタアクチュエータ３３ｂを駆動させて、アンダシャッタ１０ｂを開放させ、ステップＳ２４へ進み、カバーシャッタ１１を開放せて、ルーチンを抜ける。

従って、図１の状態では、蓄熱ユニット６の上面に設けたアッパシャッタ１０ａのみが閉塞された状態となる。その結果、蓄熱ユニット６の蓄熱材６ｂはオイルパン３からの輻射熱が遮断される。

又、蓄熱ユニット６の底面には、アンダカバー５に開口されている開口部５ａから流入する走行風が吹き付けられるため、アンダシャッタ１０ｂの開動作により開放されている底面側の放熱口６ｄから蓄熱材６ｂの熱を効率良く放熱させることができ、蓄熱材６ｂの過熱を有効に防止することができる。尚、イグニッションスイッチがＯＦＦし、コントローラ２１ａのシステムが終了すると、各アクチュエータ３３ａ，３３ｂ，３４は初期状態に戻り、従って、各シャッタ１０ａ，１０ｂ，１１は閉動作され、蓄熱ユニット６の蓄熱材６ｂは蓄熱状態が維持される。

このように、本実施形態では、オイルパン３とアンダカバー５との間に蓄熱ユニット６を介装し、この蓄熱ユニット６の蓄熱材６ｂに蓄熱されている熱により、エンジン始動前にオイルパン３に貯留されているエンジンオイルを加熱するようにしているので、冷態始動時における粘性が低くなり、良好な始動性を得ることができる。更に、始動後の暖機運転を早期に完了させることができ、燃費を大幅に改善させることができる。

又、走行時はオイルパン３からの輻射熱により蓄熱材６ｂを加温することができるため、エンジン停止後は常に蓄熱された状態となる。従って、エンジン始動前のプレ加熱においては、蓄熱されている熱によりエンジンオイルを良好に昇温させることができる。更に、蓄熱材６ｂの温度が高温化した場合は、アッパシャッタ１０ａを閉じ、アンダシャッタ１０ｂを開いて、放熱させるようにしたので、蓄熱材６ｂの過熱を有効に防止することができる。

［第２実施形態］
図７に本発明の第２実施形態を示す。上述した第１実施形態では蓄熱ユニット６をオイルパン３とアンダカバー５との間に介装したが、本実施形態では、蓄熱ユニット６の底面をアンダカバー５に固定したものである。尚、第１実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。

本実施形態では、蓄熱ユニット６の底面をアンダカバー５に固定したので、第１実施形態のアンダシャッタ１０ｂ、及び、アンダシャッタアクチュエータ３３ｂを省略することができる。そして、図６に示す蓄熱材温調処理ルーチンでは、ステップＳ２３，Ｓ２４における処理を、カバーシャッタ１１を動作させるカバーシャッタアクチュエータ３４で行わせると共に、ステップＳ２４，Ｓ２７の処理を省略する。

このように、本実施形態では、蓄熱ユニット６の底面をアンダカバー５に固定することで、構成の簡素化を実現することができる。更に、蓄熱ユニット６とアンダカバー５の上面との間の空隙部分の容積を蓄熱ユニット６として利用することができるため、蓄熱材６ｂの容量を増加させることができ、蓄熱温度をより長く保持させることができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えば、エンジン稼働時におけるオイルパン３からの輻射熱も車両の挙動によって発生する熱源であるため、これを熱源として、図６のフローチャートでは、蓄熱ユニット６の蓄熱材６ｂを加温しているため、熱回収ユニット２２、及び蓄熱材６ｂを過熱する電気ヒータ３１は省略しても良い。

１…車両前部、
１ａ…エンジンルーム、
２…エンジン、
２ａ…蓄熱容器、
３…オイルパン、
４…変速機、
５…アンダカバー、
５ａ…開口部、
６…蓄熱ユニット、
６ａ…蓄熱容器、
６ｂ…蓄熱材、
６ｃ…断熱材、
６ｄ…放熱口、
１０ａ…アッパシャッタ、
１０ｂ…アンダシャッタ、
１１…カバーシャッタ、
１６…温度センサ、
２１…オイルパン加熱装置、
２１ａ…コントローラ、
２２…熱回収ユニット、
２３…発熱源、
２４…受信機、
２５…送信機、
３１…電気ヒータ、
３３ａ…アッパシャッタアクチュエータ、
３３ｂ…アンダシャッタアクチュエータ、
３４…カバーシャッタアクチュエータ

Claims

オイルパンと、
前記オイルパンの下方に配設されたアンダカバーと、
前記オイルパンと前記アンダカバーとの間に介装された前記オイルパンを加熱する加熱手段と
を備えるオイルパン加熱装置において、
前記加熱手段は、
車両の挙動によって発生する熱源からの熱で蓄熱される蓄熱材と、
前記蓄熱材を囲繞する断熱材と、
前記断熱材の少なくとも前記オイルパンに対向する面に形成された放熱口と、
前記放熱口を開閉させるアッパシャッタと
を備え、
前記アッパシャッタをエンジン始動前に開放させる制御手段
を更に備えることを特徴とするオイルパン加熱装置。
前記アンダカバーの前記加熱手段に対向する面に開口された開口部と、
前記開口部を開閉するカバーシャッタと
を備え、
前記制御手段は、前記蓄熱材の温度が予め設定した閾値を超えている場合、前記アッパシャッタを閉塞させると共に前記カバーシャッタを開放させる
ことを特徴とする請求項１記載のオイルパン加熱装置。
前記加熱手段は、
前記断熱材の前記アンダカバーに対向する面に形成された放熱口と、
前記放熱口を開閉させるアンダシャッタと
を更に備え、
前記制御手段は、前記蓄熱材の温度が予め設定した閾値を超えている場合、前記アンダシャッタを開放させる
ことを特徴とする請求項２記載のオイルパン加熱装置。
前記加熱手段は前記アンダカバーに固設されている
ことを特徴とする請求項２記載のオイルパン加熱装置。