本発明は、蓄熱装置及び暖機装置に関する。

冷間始動時のエンジンでは、フリクションの低下、排気組成の改善を図るため、早期の暖機完了が求められる。 特に、シリンダボアやピストン、クランクシャフト等の摺動部を有する構成要素には効率のよい運転を実現すべく速やかな暖機完了が望まれる。

通常のエンジンが筒内爆発を開始すると、シリンダブロックやシリンダヘッド、ロアケース等のエンジン構成要素、さらに、これらのエンジン構成要素に形成された油路中を循環するエンジンオイルが温められ、徐々に暖機が進行する。

従来、このようなエンジンの早期暖機完了を達成すべく、クランクシャフトの内部に中空室を設け、この中空室内に蓄熱材を封入し、クランクシャフトの回転に伴う振動により発核させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。 また、ウォータージャケット内に配設された蓄熱材ケースに蓄熱材とこれを発核させる発核装置が収容され、エンジンの始動に伴う振動により発核装置が稼動する技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。

ところで、クランクシャフトの内部に蓄熱材を収容して発核させた場合、発生した熱がクランクシャフトに奪われ、エンジンオイルに対する暖機効果が薄れることが懸念される。 また、近年のエンジンの性能向上に伴い、エンジンの振動が低減したため、エンジンの始動に基づいて発核装置を発核させることが困難となることも想定される。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、エンジンオイルに対し熱を伝え易くして、速やかに暖機を完了させる蓄熱装置及び暖機装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するための本発明の蓄熱装置は、オイルパン内において支持部材に揺動可能に装着されると共に、内部に蓄熱材が充填されたケース本体と、当該ケース本体の揺動によって蓄熱材を発核させる発核手段と、を備えたことを特徴とする蓄熱装置である。
この構成によれば、支持部材によって支持され、蓄熱材が充填されるケース本体が振動すると、内部の振り子が発核トリガーに接触する。 この結果、蓄熱材が発核し、蓄熱装置から発生する熱が潤滑油に伝わる。

また、本発明の蓄熱装置は、ケース本体は軸受け部を備え、当該軸受け部を介して支持部材に装着されたことを特徴とする。
この構成によれば、蓄熱装置が揺れ易くなり、蓄熱材が発核し易くなる。

また、本発明の蓄熱装置は、支持部材が、クランクシャフトであることを特徴としている。
この構成によれば、内燃機関の構成要素に新たな部品を付加しなくてもよい。

また、本発明の蓄熱装置は、ケース本体は、オイルパンに貯蔵されたエンジンオイルの油面に接することを特徴としている。
この構成によれば、発核した蓄熱装置により、エンジンオイルが直接温められる。

本発明の暖機装置は、支持部材と、上述した蓄熱装置を含み、蓄熱装置の複数が、支持部材に等間隔で配置されて支持されることを特徴とする暖機装置である。
この構成によれば、複数の蓄熱装置により、エンジンオイルに均等に熱が伝わって早期の暖機が完了する。

本発明によれば、早期に暖機が完了する。

第１実施形態に係るエンジンの部分断面図である。

蓄熱装置の斜視図及び断面図である。

蓄熱装置の動作の一例である。

蓄熱装置の動作の一例である。

蓄熱装置の動作の一例である。

蓄熱装置の熱の伝導を説明するための図である。

第２実施形態に係るエンジンの部分断面図である。

第３実施形態に係るエンジンの部分断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明を実施するための実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、エンジン１００の部分断面図である。 より詳しくは、シリンダブロックを取り外したエンジン１００の部分断面を模式的に示す図である。
内燃機関としてのエンジン１００は、ロアケース１０、支持部材としてのクランクシャフト２０、エンジンオイル３１を貯蔵するオイルパン３０、蓄熱装置４０を含んで構成される。 尚、少なくともクランクシャフト２０、蓄熱装置４０によって本発明の暖機装置が構成される。

クランクシャフト２０は、ロアケース１０によって支持されるクランクジャーナル２１、コンロッドが接続されるクランクピン２２、クランクジャーナル２１とクランクピン２２とをつなぐクランクアーム２３から構成される。 同図おいては、クランクジャーナル２１は、ロアケース１０の５箇所で支持される。

また、クランクジャーナル２１には、蓄熱装置４０が取り付けられる。 同図においては、クランクジャーナル２１が３つの蓄熱装置４０を貫通している。 これらの蓄熱装置４０の底部、すなわち、外側面の一部及び外底面は、エンジンオイル３１と接している。 言い換えれば、潜熱蓄熱発核措置４０の一部がエンジンオイル３１に浸かっている。 尚、少なくとも蓄熱装置４０の外底面がエンジンオイルの油面と接していればよい。

蓄熱装置４０のエンジンオイル３１との浸かり度合いは、同図に示すものに限定されない。 エンジンオイル３１はエンジン１００の各部を循環することでその油面が変化するが、油面が最も低い位置にあっても、蓄熱装置４０がエンジンオイル３１に接していることが望ましい。 また、蓄熱装置４０の底部はオイルパン３０の内底面と接しないことが好ましい。 詳細は後述するが、蓄熱装置４０は、クランクシャフト２０の出力軸を支点とし、紙面手前方向と紙面奥方向に揺れ動く。 このため、蓄熱装置４０の底部がオイルパン３０の内底面が接すると動きづらくなる。

また、図１において、左端、中央、右端の３つの蓄熱装置４０がクランクジャーナル２１によって貫通されている。 蓄熱装置４０は１つでも発核による熱が発生し、エンジンオイル３１を温められる。 この場合、エンジンオイル３１の全体に均等に熱が伝わるようにするために、蓄熱装置４０の中央を残すようにしておけばよい。 １つの蓄熱装置４０であれば、エンジン１００の軽量化や部品数の低減に寄与する。

一方で、図１に示すように、３つの蓄熱装置４０を利用すれば、エンジンオイル３１が早期に温められ、エンジン１００の暖機が速やかに完了する。 さらに、上述した部品数の低減と早期暖機のバランスをとるべく、右端と左端の蓄熱装置４０を残すようにしてもよい。 蓄熱装置４０を２つ又は３つ利用する場合、熱を均等に伝えるために、等間隔に配置することが望ましい。

オイルパン３０は、図１に示すように、ロアケース１０の下方に取り付けられる。 オイルパン３０内には、潤滑油としてのエンジンオイル３１が貯蔵される。 上述したように、エンジンオイル３１には、クランクジャーナル２１によって懸架された蓄熱装置４０の一部が浸かる。 このため、蓄熱装置４０が発核すれば、蓄熱装置４０から発生する熱がエンジンオイル３１に伝わる。

次に、蓄熱装置４０の詳細について説明する。

図２は、蓄熱装置４０の斜視図及び断面図である。
蓄熱装置４０は、図２（ａ）に示すように、貫通孔４１が形成されたケース本体４２と、ケース本体４２の一部が突出し、ケース本体４２に一体形成された凸部４３を含む。

ケース本体４１は、例えばアルミニウムや鉄等の金属、プラスチック等の樹脂を材料として構成される。 同図（ｂ）に示すように、蓄熱材４４の熱を伝えるため、熱伝導性の高い材料が好ましい。 ケース本体４１の形状は、図２において、直方体の形状を有しているが、その形状は特に限定されず、例えば、三角柱や六角柱等の多角柱、楕円柱の形状であってもよい。

貫通孔４１には、クランクジャーナル２１が貫通する。 このため貫通孔４１の径は、クランクジャーナルの径より大きい。 貫通孔４１の周りには、図２に示すように、軸受４１ａが取り付けられることが好ましい。 軸受４１ａとしては、例えば、ボールベアリング、ローラベアリング等がある。 ケース本体４１が軸受４１ａを介してクランクジャーナル２１に装着されることで、蓄熱装置４０が揺れ易くなる。

ケース本体４１の内部には、同図（ｂ）に示すように、蓄熱材４４が充填される。 したがって、蓄熱材４４が漏れない材料であることが望ましい。 この蓄熱材４４は、凸部４３の入口４３ａから流入される。 この入口４３ａは、蓄熱材４４の流入後に封止される。 尚、凸部４３を形成せずに、入口４３ａを直接ケース本体４１に構成するようにしてもよい。

さらに、ケース本体４１の内部には、上述した蓄熱材４４のほか、振り子４５、発核トリガー４６が構成される。 振り子４５と発核トリガー４６により本発明の発核手段が構成される。 振り子４５は、支点４５ａに回転可能に取り付けられ、支点４５ａを中心に振れる。 このため、エンジン１００が始動すると、クランクシャフト２０（より詳しくはクランクジャーナル２１）が回転する。 そして、クランクジャーナル２１が貫通する蓄熱装置４０が振動したり、揺れたりして、その内部にある振り子４５が振れる。 尚、支点４５ａは、ケース本体４１と一体として構成してもよいし、別体として構成してもよい。

発核トリガー４６は、金属等で構成され、ケース本体４１の内部に固定して取り付けられる。 発核トリガー４６は、振り子４５により叩かれることで、過冷却状態にある蓄熱材４４を発核させる。 したがって、振り子４５の振れ（揺れ）が大きくなり、蓄熱材４４を発核させるのに十分な力で振り子４５が発核トリガー４６を叩いた場合、蓄熱材４４は発核する。 これにより、蓄熱材４４は熱を発生させ、ケース本体４２を通じて、エンジンオイル３１に熱を伝える。

尚、熱の早期放出の観点から、蓄熱装置４０がエンジンオイル３１に浸かる表面積が最大となることが望ましい。 すなわち、蓄熱装置４０のクランクジャーナル２１からの懸架が真っ直ぐになることが望ましい。 したがって、蓄熱装置４０の重心が、中心又はその付近であって、凸部４３より底部に近い位置になるように、貫通孔４１、凸部４３、振り子４５、発核トリガー４６が構成されることが好ましい。 また、発核トリガー４６を、振り子４５の線対象となる位置に、さらに１つ加えてもよい。 振り子４５がいずれか一方の発核トリガー４６を叩けば蓄熱材４４が発核する。

上述した蓄熱材４４は、酢酸ナトリウム・水和物（ＣＨ _３ ＣＯＯＮａ・ｎＨ _２ Ｏ、ｎ＝２．５〜３．５）である。 蓄熱材４４として上記酢酸ナトリウム水和物を用いる場合は、含水量は４０〜６０ｗｔ％の範囲に保つのが好ましい。 ４０ｗｔ％未満では固相を融点以上に十分加熱しても、水化に用いられる水分が不足するため一部固相が残留し、潜熱を放出してしまって蓄熱が不可能となる。 逆に、６０ｗｔ％以上では、発熱量が低下してしまう。

特に、酢酸ナトリウム水和物（ＣＨ _３ ＣＯＯＮａ・ｎＨ _２ Ｏ）においては、ｎ＝３すなわち水分量３９．５ｗｔ％の時に発熱量が大きいことが知られているが、これよりもやや水分量が多いほうが発熱量は少し下がるものの過冷却状態が安定して維持でき、含水率は４５ｗｔ％程度が好ましい。

続いて、第１実施形態に係る蓄熱装置４０の動作について図３から図６を参照して説明する。
図３から図５は、蓄熱装置４０の動作の一例、図６は、蓄熱装置４０の熱の伝導を説明するための図である。

エンジン１００が始動すると、ロアケース１０やオイルパン３０が振動するとともに、クランクシャフト２０が回転する。 これにより、図３及び図４に示すように、クランクジャーナル２１に取り付けられた蓄熱装置４０は、振動や紙面手前方向と紙面奥方向とに揺動を繰り返す。

蓄熱装置４０が揺れ動くと、図５に示すように、内部に構成された振り子４５が振れる。 ここで、蓄熱装置４０には、蓄熱材４４が充填しているため、振り子４５の振れに対する抵抗となり、蓄熱装置４０の傾きに合わせて一時的に振り子４５も傾く。 そして、振り子４５が所定の傾きに達したときに、振り子４５は発核トリガー４６の方向に振れ、振り子４５は発核トリガー４６を叩く。 振り子４５が一定量傾くことでその傾きがない場合に比べて発核トリガー４６は強い力で振り子４５によって叩かれる。 これにより、液相にある蓄熱材３５は発核し、固相に変化しながら潜熱を放出する。

放出された熱は、図６の矢印に示すように、ケース本体４２を通じてエンジンオイル３１に伝わる。 このため、エンジンオイル３１が温められる。 さらに、蓄熱装置４０は、クランクシャフト２０に取り付けられている。 したがって、クランクシャフト２０も温められる。 これにより、エンジン１００の早期暖機が完了する。

（第２実施形態）
続いて、本発明の第２実施形態について図７を参照して説明する。
図７は、エンジン１００の他の部分断面図である。 尚、図１に示されるエンジン１００の各装置と同様の構成には同一符号を付し、その説明を省略する。 後述する実施形態についても同様とする。

第１実施形態に係る蓄熱装置４０はクランクシャフト２０によって貫通されたが、本実施形態に係る蓄熱装置４０は、オイルパン３０に形成された支持部材３２によって貫通される点で、相違する。

支持部材３２は、コの字型をしており、それぞれの端部がオイルパン３０の内底面で固定されている。 支持部材３２は、オイルパン３０と一体形成されていてもよいし、別体で形成されていてもよい。 固定先はオイルパン３０の内側面であってもよい。 また、同図に示すように、支持部材３２の端部は、オイルパン３０に突き刺さっているが、支持部材３２をネジ止めで固定してもよいし、圧着したり、溶接したりするようにしてもよい。

本実施形態に係る蓄熱装置４０は、エンジン１００の始動によりオイルパン３０等が振動し、エンジンオイル３１が波立つことで揺れる。 この結果、蓄熱装置４０は発核し、潜熱がエンジンオイル３１に伝わる。 したがって、エンジンオイル３１が温まる。 また、蓄熱装置４０による熱は、支持部材３１を介してオイルパン３０にも伝わる。 このため、エンジンオイル３１は、オイルパン３０の内底面や内側面からも温められる。

尚、本実施形態における蓄熱装置４０も均等に熱を伝えるべく等間隔で配置されることが好ましい。 また、蓄熱装置４０の数は同図に示すものに限定されず、４つ以上であってもよい。 蓄熱装置４０の数を増やすことで、第１実施形態より暖機時間の短縮化が図れる。 逆に、蓄熱装置４０が１つや２つの場合には、暖機効果が得られるとともに、エンジン１００の軽量化に寄与する。 このように蓄熱装置４０を等間隔に配置する場合、揺動に伴う支持部材３２上での蓄熱装置４０の位置ずれを防止するために、位置ずれ防止用のストッパを蓄熱装置４０や支持部材３２に形成してもよい。 これにより、揺動があっても等間隔の状態が維持される。

（第３実施形態）
続いて、本発明の第３実施形態について図８を参照して説明する。
図８は、エンジン１００の他の部分断面図である。

本実施形態に係る蓄熱装置４０は、図８に示すように、エンジンオイル３１がオイルストレーナ３５によって吸引されることで生じるエンジンオイル３１の波によって揺れる点で上述した第１実施形態及び第２実施形態と相違する。

エンジン１００の始動に伴うオイルパン３０の振動が弱い場合に、併せて、オイルストレーナ３５によるエンジンオイル３１の吸引を利用することで、蓄熱装置４０の発核が行われ易くなる。 これにより、エンジン１００の早期暖機が完了する。

以上、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能である。 例えば、第１実施形態から第３実施形態を組み合わせるようにしてもよい。 また、上述した実施形態では、４気筒を一例として説明したが、６気筒であってもよい。

１０ ロアケース ２０ クランクシャフト ２１ クランクジャーナル ２２ クランクピン ２３ クランクアーム ３０ オイルパン ３１ エンジンオイル ３２ 支持部材 ３５ オイルストレーナ ４０ 蓄熱装置 ４１ 貫通孔 ４２ ケース本体 ４３ 凸部 ４４ 蓄熱材 ４５ 振り子 ４６ 発核トリガー