(57)【要約】【課題】  エンジン始動に際して早期に昇温し、暖機を完了することができるクランクシャフトを提供することを課題とする。【解決手段】  クランクシャフト（１）は、内部に中空室（２）を設け、この中空室（２）内に潜熱蓄熱材（３）が封入されて構成されている。中空室（２）は分割されて複数設けられている。このようなクランクシャフト（１）は、エンジンに組み付けられて回転することより、自らの振動、捩れ、歪み等により内部の潜熱蓄熱材（３）を発核させる。これにより潜熱蓄熱材（３）が発熱し、エンジンオイルや、他の周辺箇所の暖機進行状況にかかわらずクランクシャフト（１）及びその周辺を暖機することができる。発核した後の潜熱蓄熱材（３）は、暖機完了後のエンジンが発することとなる熱を受け取り、再び過冷却状態に戻り、次回の発核に備えることができる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに組み込まれるクランクシャフトであって、内部に中空室を設け、当該中空室内に潜熱蓄熱材を封入したことを特徴としたクランクシャフト。
【請求項２】
請求項１記載のクランクシャフトにおいて、
前記中空室の内周壁の表面荒さを所定値以上としたことを特徴としたクランクシャフト。
【請求項３】
請求項１又は２記載のクランクシャフトにおいて、
前記中空室は、複数の室に分割されていることを特徴としたクランクシャフト。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載のクランクシャフトにおいて、
前記中空室に前記潜熱蓄熱材を発核させる発核手段を備えたことを特徴とするクランクシャフト。
【請求項５】
請求項３記載のクランクシャフトにおいて、
複数の室に分割された前記中空室毎に前記潜熱蓄熱材を発核させる発核手段を備えたことを特徴とするクランクシャフト。
【請求項６】
請求項４又は５記載のクランクシャフトにおいて、
前記発核手段は、クランクシャフトの回転に連動して動作する発核誘発体であることを特徴としたクランクシャフト。
【請求項７】
請求項４又は５記載のクランクシャフトにおいて、
前記発核手段は、前記潜熱蓄熱材中に配置された発核電極であることを特徴としたクランクシャフト。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項記載のクランクシャフトを組み込んだことを特徴とするエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに組み込まれるクランクシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷間始動時のエンジンは、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は効率のよい運転を実現するために早期暖機完了が望まれる。通常のエンジンは筒内爆発が開始されるとシリンダブロックやシリンダヘッド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、シリンダを囲むように形成した蓄熱材収納室に、潜熱型蓄熱材（蓄熱材）を収納した内燃機関の急速暖機装置が提案されている（特許文献１）。このような急速暖機装置は、エンジンの冷間始動時に、過冷却状態となっている蓄熱材に対して電圧印加し、これにより相変化を開始させて潜熱を発生させるように構成されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１８２３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上説明したように特許文献１記載の内燃機関の急速暖機装置は、冷間始動直後に直接シリンダ周辺を局部的に昇温することができ、効率よく機関の昇温を図ることができるものである。
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の内燃機関の急速暖機装置では、クランクシャフトの周囲を局所的に昇温することは困難である。すなわち、従来の急速暖機装置を組み込んだエンジンであってもクランクシャフト等の摺動部は温まったエンジンオイルを供給する等して間接的に温めなければならなかった。
【０００６】
このようにエンジンオイルを循環させることによるクランクシャフト等の摺動部の暖機は、一般的にエンジンオイルの温度に従属的であるといわざるを得なかった。また、このようにエンジンオイルを循環させてクランクシャフト等の暖機を図ろうとする場合、目的とするクランクシャフト等の周辺に至るまでの油路において熱交換が行われエンジンオイルの熱が奪われてしまう。これではクランクシャフト等の暖機の効率が損なわれる。
【０００７】
また、エンジン始動前に蓄熱温水や蓄熱オイルを循環させることも知られているが、設計上、油路や水路は狭くせざるを得ず、表面積も少ないためにエンジン暖機の効率を向上させ難かった。また、目的とするクランクシャフト等の周辺に到達するまでに熱が奪われてしまうという前記と同様の問題を有していた。
【０００８】
そこで、本発明は、エンジン始動に際して早期に昇温し、暖機を完了することができるクランクシャフトを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するための、本発明のクランクシャフトは、エンジンに組み込まれるクランクシャフトであって、内部に中空室を設け、当該中空室内に潜熱蓄熱材を封入したことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすれば、回転するクランクシャフト本来の機能を妨げることなく自らを昇温させることができ、早期暖機完了を達成することができる。このようなクランクシャフトに封入される潜熱蓄熱材としては、従来周知の潜熱蓄熱材、例えば、酢酸ナトリウム・３水和物等を採用することができる。ところで、本発明のクランクシャフトは過冷却状態となっている潜熱蓄熱材が相変化を起こす際に発生させる熱を利用して昇温しようとするものであるが、潜熱蓄熱材の相変化を誘発するためには何らかの発核操作をすることが有効である。ここで、クランクシャフトはエンジンの始動と共に回転をし、この回転に伴う振動や捩れ、歪み等によって内部に封入された潜熱蓄熱材に刺激を与え、発核させることができると考えられる。すなわち、回転し、振動や捩れ、歪み等を生じるクランクシャフトであれば、発核をさせるための特別な装置を備えることなく潜熱蓄熱材を発核させることが期待される。
【００１０】
このように、本発明のクランクシャフトは自らが回転する際の振動等によって潜熱蓄熱材を発核させようとするものであるが、潜熱蓄熱材とクランクシャフトとの接触面積が大きいほど、クランクシャフトの振動等による潜熱蓄熱材の発核効果が高いと考えられる。そこで、前記のようなクランクシャフトでは、前記中空室の内周壁の表面荒さを所定値以上とした構成とすることが望ましい（請求項２）。
【００１１】
このようなクランクシャフトでは、前記中空室は、複数の室に分割されている構成とすることができる（請求項３）。複数の室に分割すればそれだけ中空室の内周壁の面積が増大することとなり、潜熱蓄熱材とクランクシャフトとの接触面積を大きくすることができる。このように潜熱蓄熱材とクランクシャフトとの接触面積を大きくすることにより発核効果を高めることができ、また、複数の室に分割することにより各室の容積が小さくなり発核現象が伝搬し易くなると考えられる。
【００１２】
以上説明したように本発明のクランクシャフトは、自らが回転する際の振動等によって潜熱蓄熱材を発核させようとするものであるが、より確実に発核を誘発するために前記中空室に前記潜熱蓄熱材を発核させる発核手段を備えた構成とすることができる（請求項４）。このような発核手段は、前記のように中空室を複数の室に分割した場合は、分割された中空室毎に前記潜熱蓄熱材を発核させる発核手段を備えた構成とすることができる（請求項５）。なお、クランクシャフトの位置によって、例えば、両端部等、捩れや振動が少ないと考えられる位置では、発核が困難であることも考えられるので、このような箇所にのみ発核手段を備えた構成とすることもできる。
【００１３】
このような発核手段としては、例えば、クランクシャフトの回転に連動して動作する発核誘発体を採用することができる（請求項６）。この発核誘発体は、特に形状等は限定されることはなく、クランクシャフトの回転に伴う振動等に起因して揺動したり、振動したりして潜熱蓄熱材を発核させることができるものであればよい。また、発核誘発体は、このように揺動や振動等に伴って中空室の内周壁に接触し、摩擦を生じさせるようにしてもよい。また、他の発核手段として、前記潜熱蓄熱材中に配置された発核電極を採用した構成とすることもできる（請求項７）。このような発核電極を用いれば、エンジン始動直前から暖機を開始しておくことができる（プレヒート）。
【００１４】
以上説明したようなクランクシャフトを従来ある通常のクランクシャフトに代えてエンジンに組み込めば、本発明のエンジンを構成することができる（請求項８）。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、内部に中空室を設け、当該中空室内に潜熱蓄熱材を封入したクランクシャフトとしたので、クランクシャフトは自らが回転することにより内部に封入した潜熱蓄熱材を発核させて暖機を促進することができる。すなわち、エンジンの始動に伴い徐々に進行する暖機効果とは無関係にクランクシャフト及びその周辺の暖機を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、クランクシャフト１の一部を破断し、クランクシャフト１の内部構成を示した説明図である。クランクシャフト１の内部には複数の中空室２が形成されている。この中空室２は、内周面の表面荒さが所定値以上となるように機械加工がされて、図に示すように複数設けられている。このような中空室２には室毎に潜熱蓄熱材３が封入されている。この潜熱蓄熱材３は、酢酸ナトリウム・３水和物である。酢酸ナトリウム・３水和物は、融点がおよそ５８℃であり、−２０℃〜−３０℃程度まで過冷却状態を維持することができる。この潜熱をクランクシャフト１の加温、暖機に利用することができる。このような潜熱蓄熱材３は、エンジン始動前は過冷却状態となっている。
【００１８】
また、クランクシャフト１の内部には、通常のクランクシャフトと同様に油路４が形成されており、潤滑部にエンジンオイルが供給されるようになっている。
【００１９】
以上のように構成されるクランクシャフト１は、エンジンに組み付けて用いられる。図２は、エンジンに組み付けられたクランクシャフト１がエンジンの始動に伴って振動し、捩れ、歪みを生じる様子を示した説明図である。このようにクランクシャフト１に振動等が生じると、これに伴って中空室２内の潜熱蓄熱材３が発核を開始し、発熱する。この発熱により、クランクシャフト１及びその周囲、例えば、ベアリング等を暖機することができる。
【００２０】
以上のように発核して発熱した潜熱蓄熱材３は、暖機完了後のエンジンが発することとなる熱を受け取り、再び過冷却状態に戻り、次回の発核に備えることとなる。
【実施例２】
【００２１】
次に、本発明の実施例２について図３を参照しつつ説明する。図３は、実施例２のクランクシャフト１０の一つの中空室２を拡大して示した説明図である。実施例１のクランクシャフト１では、中空室２内に潜熱蓄熱材３のみを封入した構成としていたが、この実施例２のクランクシャフト１０では、中空室２毎にバネ部材１１がボルト１２によって装着されている。このバネ部材１１は、本発明における発核誘発体に相当するものであり、金属板を曲げ加工して形成されている。このようなバネ部材１１は、図３に示すように一端側１１ａを中空室２の第一内周壁面２ａにボルト１２によって取り付けている。このとき、他端側１１ｂは第一内周壁２ａに対向する第二内周壁２ｂに接触した状態となっている。
【００２２】
このようなクランクシャフト１０は、実施例１のクランクシャフト１と同様にエンジンに組み付けられる。エンジンに組み付けられたクランクシャフト１０は、エンジンが始動し矢示１３のように回転し始めると、一端側１１ａを支点として揺動、振動を開始し、潜熱蓄熱材３の発核をより促進することができる。また、バネ部材１１の他端側１１ｂは、中空室の第二内周壁２ｂとの間で摩擦を生じるが、この摩擦も発核に寄与するものと考えられる。これらの作用により、確実に潜熱蓄熱材３を発核させ、暖機を促進することができる。
【００２３】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【００２４】
例えば、実施例２のクランクシャフト１０では、発核手段として発核誘発体に相当するバネ部材１１を備えた構成としているが、これに代えて、図４に示すような発核電極１５を備えた構成とすることもできる。このような発核電極１５は、例えば、図示しないＥＣＵと接続し、所定の条件が満たされたときに発核指令を受けて電圧が印加され、潜熱蓄熱材３を発核させることができる。所定の条件として、車両のドアが開かれたことや、イグニッションのＯＮ情報が発せられたこと等を規定することができる。これらの条件が満たされたときに発核電極に通電するようにすれば、エンジン始動前に発核させてプレヒートを行うことができる。
【００２５】
また、前記いずれの実施例においても複数の中空室２を設けた構成としているが、クランクシャフトのほぼ全長に亘って連続した一の中空室を設けた構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施例１におけるクランクシャフトの一部を破断し、クランクシャフトの内部構成を示した説明図である。
【図２】エンジンに組み付けられたクランクシャフトがエンジンの始動に伴って振動し、捩れ、歪みを生じる様子を示した説明図である。
【図３】実施例２におけるクランクシャフトの一つの中空室を拡大して示した説明図である。
【図４】発核電極の説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１、１０  クランクシャフト
２  中空室
２ａ  第一内周壁
２ｂ  第二内周壁
３  潜熱蓄熱材
４  油路
１１  バネ部材
１２  ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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