JPH108934A - 内燃機関およびその内燃機関を用いたガスヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厳冬期等でのサブオイルパン内のエンジンオ
イルの流動性を向上させ、もってエンジンオイルの劣化
防止やエンジン各部の磨耗防止等を実現した内燃機関お
よびその内燃機関を用いたガスヒートポンプ装置を提供
する。 【解決手段】 ガスヒートポンプ装置用のエンジン３１
には、放熱器１０９を収納した別体のサブオイルパン１
１１が付設されている。サブオイルパン１１１は、メイ
ンオイルパン１０５に連通パイプ１１３を介して連通し
ている。放熱器１０９は、銅管の一部をコイル状に成形
したもので、一端がシリンダヘッド１０３とサーモスタ
ット３５とを接続する冷却水配管８７に連通し、他端が
室外熱交換器１９と冷却水ポンプ３９とを接続する冷却
水配管９３に連通している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サブオイルパンを
有する内燃機関およびその内燃機関を用いたガスヒート
ポンプ装置に係り、詳しくはサブオイルパン内のエンジ
ンオイルを加熱する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パッケージエアコン等に用いられ
る業務用冷凍機では、内燃機関であるガスエンジン（以
下、単にエンジンと記す）をコンプレッサの駆動源とし
た、ガスヒートポンプが採用されることが多くなってい
る。

【０００３】ガスヒートポンプ型空気調和機では、エン
ジンにより冷凍機のコンプレッサを駆動し、四方弁を切
換えて冷暖房を行う他、エンジンの冷却水や排気ガスの
熱エネルギーを捕集して暖房に利用する。そのため、エ
ンジンの冷却水回路には、冷却水から冷媒に熱エネルギ
ーを伝達させる室外熱交換器や冷媒熱交換器と、排気ガ
スから冷却水に熱エネルギーを伝達させる排気熱交換器
とが設けられている。ガスヒートポンプ型空気調和機で
は、冷却水や排気ガスから冷媒に熱エネルギーが伝達す
るため、外気温が零度以下になるような厳冬期等にも十
分な暖房を行うことができる。

【０００４】ところで、ガスヒートポンプ用のエンジン
は、その稼働率が高く且つ長時間に亘って連続運転され
ることが多いため、自動車用エンジン等に比べてエンジ
ンオイルが短期間で劣化する。また、エンジン本体が筐
体の中に収納されているため、オイル交換の際のアクセ
スも一般には良好でない。そこで、オイル交換のインタ
ーバルを長くするべく、エンジン本体に付設されたメイ
ンオイルパンの他に、比較的大容量のサブオイルパンを
併設して総油量を増大させたものが出現している。

【０００５】通常、サブオイルパンとメインオイルパン
とは連通管により連通されており、重力の作用により、
エンジンオイルが両オイルパン間を移動する。例えば、
エンジンが運転されると、メインオイルパン内のエンジ
ンオイルがエンジン本体の動弁系や各部の軸受等に圧送
され、メインオイルパン内の油面が低下する。これによ
り、両オイルパンの油面間には高低差が生じ、サブオイ
ルパン内のエンジンオイルがメインオイルパンに流入す
る。また、エンジンの停止直後には、エンジン各部から
メインオイルパンにエンジンオイルが環流し、メインオ
イルパンの油面が上昇する。これにより、やはり両オイ
ルパンの油面間には高低差が生じることになり、メイン
オイルパン内のエンジンオイルがサブオイルパンに流入
する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ガスヒートポンプ用の
エンジンは空気調和機の室外ユニット内に配置されるた
め、外気温が著しく低下する厳冬期等においては、サブ
オイルパン内でエンジンオイルの粘度が上昇し流動性が
著しく悪くなる。このような状況では、メインオイルパ
ン内での油面が低下しても、サブオイルパンのエンジン
オイルがメインオイルパンへ移動し難くなり、エンジン
がメインオイルパン内のエンジンオイルのみにより潤滑
されることになる。そのため、メインオイルパンの容量
が少ない場合にはエンジンオイルが短期間で劣化し、エ
ンジン各部にスラッジを生成させたり、動弁系や軸受等
の磨耗を進行させることがあった。

【０００７】本発明は上記状況に鑑みなされたもので、
厳冬期等でのサブオイルパン内のエンジンオイルの流動
性を向上させ、もってエンジンオイルの劣化防止やエン
ジン各部の磨耗防止等を実現した内燃機関およびその内
燃機関を用いたガスヒートポンプ装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、エンジン本体に付設されたメイ
ンオイルパンと、このメインオイルパンに連通路を介し
て連通されたサブオイルパンとを有する内燃機関におい
て、当該サブオイルパン内のエンジンオイルを加熱する
加熱手段を備えたことを特徴とする。

【０００９】この発明によれば、例えば、エンジンの運
転時に、外気温等に応じて加熱手段によりサブオイルパ
ン内のエンジンオイルを加熱する。これにより、サブオ
イルパン内のエンジンオイルの流動性が向上し、メイン
オイルパンへの移動が滞りなく行われる。

【００１０】また、請求項２の発明によれば、エンジン
本体に付設されたメインオイルパンと、このメインオイ
ルパンより大容量であり且つ当該メインオイルパンに連
通路を介して連通されたサブオイルパンとを有する内燃
機関において、当該サブオイルパン内のエンジンオイル
を加熱する加熱手段を備えたことを特徴とする。

【００１１】この発明によれば、例えば、比較的小容量
のメインオイルパンを備えた自動車用エンジン等でも、
大容量のサブオイルパンを併設することによって、総油
量を多くすることができる。これにより、エンジン本体
に改造を施すことなく、ガスヒートポンプ等への流用が
容易に行える。

【００１２】また、請求項３の発明によれば、エンジン
本体に付設されたメインオイルパンと、このメインオイ
ルパンに連通路を介して連通されたサブオイルパンとを
有する内燃機関において、当該サブオイルパン内に配設
された放熱器と、この放熱器に前記エンジン本体の冷却
に供される冷却液を導入する冷却液導入路とを備えたこ
とを特徴とする。

【００１３】この発明によれば、エンジンの暖機が進行
して冷却液の温度が上昇すると、放熱器に導入された冷
却液がサブオイルパン内のエンジンオイルを加熱する。
これにより、専用の熱源を用いることなく、サブオイル
パン内のエンジンオイルの流動性を高めることができ、
装置コストやランニングコストが低減できる。

【００１４】また、請求項４の発明によれば、エンジン
本体に付設されたメインオイルパンと、このメインオイ
ルパンに連通路を介して連通されたサブオイルパンとを
有する内燃機関において、当該サブオイルパン内に配設
された放熱器と、この放熱器に前記エンジン本体の冷却
に供される冷却液を当該エンジン本体とサーモスタット
との間から導入する冷却液導入路とを備えたことを特徴
とする この発明によれば、エンジンの運転中には、サーモスタ
ットの開弁状態に拘わらず、冷却液が放熱器に導入され
る。これにより、サーモスタットが閉弁しやすい厳冬期
においても、サブオイルパン内のエンジンオイルが加熱
されてその流動性が高まる。

【００１５】また、請求項５の発明によれば、請求項１
〜４に記載の内燃機関を圧縮機の駆動源としたガスヒー
トポンプ装置が提供される。

【００１６】この発明によれば、エンジンオイルの劣化
等が防止できるため、ガスヒートポンプ装置の保守イン
ターバルを確実に延長することが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づき詳細に説明する。

【００１８】図１はガスヒートポンプ型空気調和機の概
略構成図であり、同図中には、太い一点鎖線で冷媒回路
を示し、太い実線で冷却水回路を示してある。空気調和
機は、室内ユニット１と室外ユニット３とから構成され
ており、室内ユニット１側には分流器５が付設された室
内熱交換器７やファン９等が設置されている。また、室
外ユニット３側には、冷媒回路の要素部品として、圧縮
機１１、電磁式の四方弁１３、冷媒熱交換器１５、分流
器１７が付設された室外熱交換器１９、ファン２１等が
設置され、冷却水回路の要素部品として、エンジン３
１、排気熱交換器３３、サーモスタット３５、電動式の
三方弁３７、電動式の冷却水ポンプ３９等が設置されて
いる。図中、４３は排気熱交換器３３内に接続された排
気管、４５は冷却水ポンプ３９の回転数制御に供される
インバータ、４７はファン２１を駆動するファンモー
タ、４９はエンジン３１と圧縮機１１とを連結するフレ
キシブルカップリングである。

【００１９】室外ユニット３の内部には、四方弁１３、
電動三方弁３７、インバータ４５、ファンモータ４７等
を駆動制御するコントロールユニット６１が設置されて
いる。コントロールユニット６１は、ＣＰＵを始め、入
出力インタフェースやＲＯＭ，ＲＡＭ，タイマカウンタ
等から構成されており、その入力インタフェースには、
エンジン３１とサーモスタット３５との間の冷却水配管
８７に設けられた水温センサ６３、室外熱交換器１９に
取り付けられた熱交温度センサ６５、排気管４３に設け
られた排気温センサ６７、外壁面に取り付けられた外気
温度センサ６９等が接続している。また、コントロール
ユニット６１は、室内ユニット１側の図示しないコント
ロールユニットと接続されており、相互に信号の授受を
行う。

【００２０】次に、暖房運転時における冷媒および冷却
水の流れを説明する。

【００２１】冷媒配管７１から室外ユニット３側に流入
した液冷媒は、冷媒熱交換器１５、冷媒配管７３、分流
器１７を経由し、ガス冷媒となって室外熱交換器１９に
流入し、両熱交換器１５，１９を通過する間に加熱され
る。尚、冷媒熱交換器１５では冷媒配管の周囲を冷却水
が通過する二重管型式が採られており、室外熱交換器１
９では冷媒配管と冷却水配管とがプレートフィンを介し
て接続されたプレートフィン型式が採られている。両熱
交換器１５，１９で加熱されたガス冷媒は、冷媒配管７
５、四方弁１３、冷媒配管７７を経由して圧縮機１１に
流入し、ここで圧縮されることにより更に加熱される。
圧縮機１１から吐出された高温のガス冷媒は、冷媒配管
７９、四方弁１３、冷媒配管８１を経由して室内ユニッ
ト１側の室内熱交換器１９に流入し、ファン９により送
風された室内気に熱エネルギーを放出して暖房を行った
後、液冷媒となって冷媒配管７１から再び室外ユニット
３側に流入する。

【００２２】一方、冷却水ポンプ３９から吐出された冷
却水は、冷却水配管８５を経由して排気熱交換器３３内
に流入し、排気ガスにより加熱された後にエンジン３１
に流入する。エンジン３１の冷却を行って高温となった
冷却水は、冷却水配管８７、サーモスタット３５、冷却
水配管８９を経由して室外熱交換器１９に流入して、熱
エネルギーを放出する。室外熱交換器１９で熱エネルギ
ーを放出した冷却水は、冷却水配管９１、電動三方弁３
７、冷却水配管９３を経由して再び冷却水ポンプ３９に
環流する。

【００２３】この際、コントロールユニット６１により
電動三方弁３７が切換えられていた場合、冷却水は、冷
却水配管９５を経由して冷媒熱交換器１５に流入し、こ
こで熱エネルギーを放出した後に冷却水配管９７、冷却
水配管９３を経由して冷却水ポンプ３９に環流する。ま
た、エンジン３１出口の冷却水温が下限設定値（本実施
形態では、６０℃）に至るまでは、冷却水は、室外熱交
換器１９側に流れず、全量がサーモスタット３５からバ
イパス配管９９を経由して冷却水ポンプ３９に環流す
る。そして、冷却水温が下限設定値と上限設定値（本実
施形態では、７０℃）との間では、冷却水はサーモスタ
ット３５からバイパス配管９９と冷却水配管８９との双
方に流れ、冷却水温が上限設定値を超えた時点で全量が
冷却水配管８９に流れる。

【００２４】図２には、エンジン３１周りの概略構成を
示してある。本実施形態のエンジン３１は、乗用車用ガ
ソリンエンジンの燃料系統等を天然ガス用に改造したも
のであり、シリンダブロック１０１の上部には図示しな
い動弁機構を収納したシリンダヘッド１０３が載置さ
れ、シリンダブロック１０１の底部にはオイルパン（以
下、メインオイルパンと記す）１０５が取り付けられて
いる。メインオイルパン１０５は、乗用車用のものがそ
のまま用いられており、比較的小容量（本実施形態で
は、４リットル）となっている。図中、１０７はオイル
ストレーナであり、シリンダブロック１０１内の図示し
ないオイルポンプに接続されている。

【００２５】エンジン３１には、放熱器１０９を収納し
た別体のサブオイルパン１１１が付設されている。サブ
オイルパン１１１は、メインオイルパン１０５に連通パ
イプ１１３を介して連通しており、比較的大容量（本実
施形態では、３０リットル）に設定されている。放熱器
１０９は、銅管の一部（サブオイルパン１１１に収納さ
れる部分）をコイル状に成形したもので、一端がシリン
ダヘッド１０３とサーモスタット３５とを接続する冷却
水配管８７に連通し、他端が室外熱交換器１９と冷却水
ポンプ３９とを接続する冷却水配管９３に連通してい
る。

【００２６】以下、本実施形態の作用を述べる。

【００２７】空気調和機の運転が開始されると、コント
ロールユニット６１の指令によりエンジン３１が始動
し、フレキシブルカップリング４９を介して圧縮機１１
が駆動される。これにより、冷媒回路内を冷媒が循環
し、上述した手順で暖房運転が行われたり、四方弁１３
の切換えにより冷房運転が行われる。この際、エンジン
３１内では、メインオイルパン１０５内のエンジンオイ
ル１２１が各部に圧送され、動弁機構や各摺動部位の潤
滑や冷却に供される。また、冷却水ポンプ３９に吐出さ
れた冷却水が、シリンダブロック１０１からシリンダヘ
ッド１０３を経由し、冷却水回路を循環する。

【００２８】さて、エンジン３１が始動すると、図２に
示したように、メインオイルパン１０５内のエンジンオ
イル１２１がオイルストレーナ１０７を介してオイルポ
ンプに吸い込まれ、油面が二点鎖線の位置から実線で示
した位置まで低下する。そして、厳冬時等に空気調和機
が長時間停止されていた場合には、サブオイルパン１１
１内のエンジンオイル１２３は、低温となることによっ
て粘度が高くなり、流動性の悪化によりメインオイルパ
ン１０５に流入し難くなる。

【００２９】ところが、本実施形態の場合では、冷却水
がサブオイルパン１１１内の放熱器１０９に導入されて
いるため、エンジン３１の暖機に伴って冷却水温度が上
昇すると、エンジンオイル１２３も加熱されて温度が次
第に上昇する。その結果、エンジンオイル１２３は、そ
の粘度が徐々に低下して流動性も高くなり、連通パイプ
１１３を経由してサブオイルパン１１１からメインオイ
ルパン１０５に流入する。また、エンジン３１が停止す
ると、エンジン各部からメインオイルパン１０５にエン
ジンオイル１２１が流下し、これに伴う油面の上昇によ
り、メインオイルパン１０５からサブオイルパン１１１
にエンジンオイル１２１が環流する。

【００３０】このように、本実施形態では、エンジン３
１の起動・停止が繰り返される度に、両オイルパン１０
５，１１１間でのエンジンオイル１２１，１２３の循環
が滞りなく行われ、エンジンオイルの短期間での劣化や
エンジン各部でのスラッジの生成が防止されるのであ
る。

【００３１】以上で具体的実施形態の説明を終えるが、
本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、コイル状に形成した銅パイ
プをからなる放熱器を用いたが、多管円筒型等の放熱器
や電気式加熱器等を採用してもよい。また、連通パイプ
等に油ポンプを装着し、エンジンオイルの循環を強制的
に行うようにしてもよい。また、その他の部分の具体的
構成についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜
変更可能である。更に、上記実施形態は空気調和機用の
内燃機関に関するものであるが、サブオイルパンを有す
る発電用等の内燃機関等にも好適である。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の内燃機関に
よれば、メインオイルパンとサブオイルパンとを有する
内燃機関において、サブオイルパン内のエンジンオイル
を加熱する加熱手段を備えるようにしたため、厳冬時等
においてもサブオイルパンからメインオイルパンへのエ
ンジンオイルの流動が滞りなく行われ、エンジンオイル
の劣化やスラッジの生成を防止することが可能となる。
また、この内燃機関を用いたガスヒートポンプ装置によ
れば、保守インターバルを確実に延長することが可能と
なる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る空気調和機の概略構
成図である。

【図２】実施形態に係るエンジン周りの概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 室外ユニット ３ 室内ユニット ３１ エンジン ３５ サーモスタット ８７，９３ 冷却水配管 １０１ シリンダブロック １０３ シリンダヘッド １０５ メインオイルパン １０９ 放熱器 １１１ サブオイルパン １１３ 連通パイプ １２１，１２３ エンジンオイル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン本体に付設されたメインオイル
   パンと、このメインオイルパンに連通路を介して連通さ
   れたサブオイルパンとを有する内燃機関において、当該
   サブオイルパン内のエンジンオイルを加熱する加熱手段
   を備えたことを特徴とする内燃機関。
2. 【請求項２】 エンジン本体に付設されたメインオイル
   パンと、このメインオイルパンより大容量であり且つ当
   該メインオイルパンに連通路を介して連通されたサブオ
   イルパンとを有する内燃機関において、当該サブオイル
   パン内のエンジンオイルを加熱する加熱手段を備えたこ
   とを特徴とする内燃機関。
3. 【請求項３】 エンジン本体に付設されたメインオイル
   パンと、このメインオイルパンに連通路を介して連通さ
   れたサブオイルパンとを有する内燃機関において、当該
   サブオイルパン内に配設された放熱器と、この放熱器に
   前記エンジン本体の冷却に供される冷却液を導入する冷
   却液導入路とを備えたことを特徴とする内燃機関。
4. 【請求項４】 エンジン本体に付設されたメインオイル
   パンと、このメインオイルパンに連通路を介して連通さ
   れたサブオイルパンとを有する内燃機関において、当該
   サブオイルパン内に配設された放熱器と、この放熱器に
   前記エンジン本体の冷却に供される冷却液を当該エンジ
   ン本体とサーモスタットとの間から導入する冷却液導入
   路とを備えたことを特徴とする内燃機関。
5. 【請求項５】 請求項１〜４に記載の内燃機関を圧縮機
   の駆動源としたことを特徴とするガスヒートポンプ装
   置。