(57)【要約】【課題】オイルの蓄熱装置を有する構成において触媒装置の暖機を効率的に促進できる内燃機関を提供すること。【解決手段】この内燃機関１では、エンジン２が吸気ポート２１１および排気ポート２１２を有するヘッド部２１と、ピストンを収容するブロック部２２とを備えている。また、オイル供給装置５がヘッド部２１にオイルを供給するヘッド部側供給系５１と、ブロック部２２にオイルを供給するブロック部側供給系５２とを備えている。そして、触媒装置４２の暖機運転時にて、オイル供給装置５がヘッド部側供給系５１とブロック部側供給系５２との間のオイルの流通を減量あるいは遮断し、また、蓄熱装置６のオイルをヘッド部側供給系５１に供給する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンにオイルを供給するオイル供給装置と、オイルの熱を蓄える蓄熱装置と、前記エンジンの排気を浄化する浄化装置とを備える内燃機関であって、
前記エンジンが吸気ポートおよび排気ポートを有するヘッド部とピストンを収容するブロック部とを備えると共に、前記オイル供給装置が前記ヘッド部にオイルを供給するヘッド部側供給系と前記ブロック部にオイルを供給するブロック部側供給系とを備え、且つ、
前記触媒装置の暖機運転時にて、前記オイル供給装置が前記ヘッド部側供給系と前記ブロック部側供給系との間のオイルの流通を減量あるいは遮断すると共に前記蓄熱装置のオイルを前記ヘッド部側供給系に供給することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記ヘッド部側供給系と前記ブロック部側供給系とがオイルコントロールバルブを介して接続されると共に、前記オイルコントロールバルブの開閉制御により前記ヘッド部側供給系と前記ブロック部側供給系との間のオイルの流通が減量あるいは遮断される請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記ヘッド部側供給系のオイル温度と前記ブロック部側供給系のオイル温度との比較結果に基づいて前記オイルコントロールバルブの開閉制御が行われる請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記触媒装置の推定温度に基づいて前記オイルコントロールバルブの開閉制御が行われる請求項２または３に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に関し、さらに詳しくは、オイルの蓄熱装置を有する構成において触媒装置の暖機を効率的に促進できる内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の内燃機関は、エンジンにオイルを供給するオイル供給装置と、オイルの熱を蓄える蓄熱装置と、エンジンの排気を浄化する浄化装置とを備えている。そして、触媒装置の暖機運転時にて、蓄熱装置に蓄えられた温かいオイルをエンジンに供給することにより、排気温度を上昇させて触媒装置の暖機が促進されている。かかる構成を採用する従来の内燃機関として、特許文献１に記載される技術が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１４８１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、エンジンの熱容量は、蓄熱装置に蓄えられているオイルの熱量よりも大きい。このため、蓄熱装置のオイルをエンジン全体に供給すると、オイルの温度がすぐに低下（熱が分散）して、エンジンの温度を十分に上昇させることができない。一方、エンジンの温度を十分に上昇させるために蓄熱装置の容量を増加させる構成も考え得るが、かかる構成では、製品コストが増加すると共にエンジンへの搭載性が悪化する点で好ましくない。特に、エンジンの冷間始動時には、排気規制に対応するために触媒装置を急速に暖機する必要がある。しかしながら、上記の構成では、エンジンの温度を十分に上昇させることができないため、排気温度が上昇し難く触媒装置の暖機が効率的に行われないという課題がある。
【０００５】
そこで、この発明は、上記に鑑みてされたものであって、オイルの蓄熱装置を有する構成において触媒装置の暖機を効率的に促進できる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、この発明にかかる内燃機関は、エンジンと、前記エンジンにオイルを供給するオイル供給装置と、オイルの熱を蓄える蓄熱装置と、前記エンジンの排気を浄化する浄化装置とを備える内燃機関であって、前記エンジンが吸気ポートおよび排気ポートを有するヘッド部とピストンを収容するブロック部とを備えると共に、前記オイル供給装置が前記ヘッド部にオイルを供給するヘッド部側供給系と前記ブロック部にオイルを供給するブロック部側供給系とを備え、且つ、前記触媒装置の暖機運転時にて、前記オイル供給装置が前記ヘッド部側供給系と前記ブロック部側供給系との間のオイルの流通を減量あるいは遮断すると共に前記蓄熱装置のオイルを前記ヘッド部側供給系に供給することを特徴とする。
【０００７】
この内燃機関では、オイル供給装置のヘッド部側供給系とブロック部側供給系とが分割されるので、蓄熱装置のオイルがヘッド部側供給系に供給されることにより、エンジンのヘッド部が効率的に温められる。これにより、排気温度が上昇して触媒装置の効率的な暖機が行われる利点がある。
【０００８】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記ヘッド部側供給系と前記ブロック部側供給系とがオイルコントロールバルブを介して接続されると共に、前記オイルコントロールバルブの開閉制御により前記ヘッド部側供給系と前記ブロック部側供給系との間のオイルの流通が減量あるいは遮断される。
【０００９】
この内燃機関では、ヘッド部側供給系とブロック部側供給系との間のオイルの流通を制御するための構成を、既存のエンジンに対して容易に形成できる利点がある。
【００１０】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記ヘッド部側供給系のオイル温度と前記ブロック部側供給系のオイル温度との比較結果に基づいて前記オイルコントロールバルブの開閉制御が行われる。
【００１１】
この内燃機関では、これにより、エンジンのヘッド部の加温が適正に行われて、排気温度の上昇および触媒装置の暖機が効率的に行われる利点がある。
【００１２】
また、この発明にかかる内燃機関は、前記触媒装置の推定温度に基づいて前記オイルコントロールバルブの開閉制御が行われる。
【００１３】
この内燃機関では、触媒装置の推定温度が用いられることにより、触媒装置の暖機状態が適正に判定される。これにより、触媒装置の暖機が適正に行われる利点がある。
【発明の効果】
【００１４】
この発明にかかる内燃機関では、オイル供給装置のヘッド部側供給系とブロック部側供給系とが分割されるので、蓄熱装置のオイルがヘッド部側供給系に供給されることにより、エンジンのヘッド部が効率的に温められる。これにより、排気温度が上昇して触媒装置の効率的な暖機が行われる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。
【実施例】
【００１６】
図１は、この発明の実施例にかかる内燃機関のオイル供給装置を示す構成図である。図２〜図４は、図１に記載したオイル供給装置のオイルコントロールバルブを示す構成図（図２）、フローチャート（図３）および作用説明図（図４）である。
【００１７】
［内燃機関］
内燃機関１は、エンジン２と、吸気系３と、排気系４とを有する（図１参照）。エンジン２は、ヘッド部２１と、ブロック部２２とを有する。ヘッド部２１は、例えば、エンジン２のシリンダヘッドにより構成され、燃焼室（図示省略）と、この燃焼室に開口する吸気ポート２１１および排気ポート２１２とを有する。また、このヘッド部２１には、カムシャフト２３、可変バルブタイミング機構２４、点火プラグ（図示省略）、吸気バルブおよび排気バルブ（図示省略）などが組み付けられる。ブロック部２２は、例えば、エンジン２のシリンダブロックおよびクランクケースにより構成される。このブロック部２２は、シリンダボアと、このシリンダボアに往復可能に収容されたピストンと、このピストンに連結されたクランク機構とを有する（図示省略）。
【００１８】
吸気系３は、外気をエンジン２に導入するための吸気通路３１を有し、吸気マニホールド（図示省略）を介してヘッド部２１の吸気ポート２１１に接続される。排気系４は、エンジン２の燃焼ガスを排気するための排気通路４１を有し、排気マニホールド（図示省略）を介してヘッド部２１の排気ポート２１２に接続される。また、排気系４は、排気通路４１上に触媒装置４２を有する。触媒装置４２は、例えば、排気中の有害ガス（ＣＯ、ＣＨ、ＮＯｘ）を無害なガス（ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２）に浄化するための触媒（例えば、三元触媒）を有する。この触媒装置４２は、その稼働にあたり触媒の暖機が必要となる。また、この触媒の暖機は、エンジン２の排気熱を用いて行われる。
【００１９】
この内燃機関１では、まず、吸気が吸気系３から取り込まれて吸気通路３１および吸気ポート２１１を介してエンジン２に導入される。次に、この吸気に燃料が添加されて混合気が形成され、この混合気がエンジン２のシリンダボア（図示省略）内に吸入されて圧縮される。次に、この混合気が点火プラグにより点火されて燃焼し、その燃焼エネルギーによりピストン（図示省略）が駆動されてシリンダボア内を往復運動する。すると、このピストンの往復運動がクランクシャフト（図示省略）の回転運動に変換されて動力が発生する。また、シリンダボア内の燃焼ガスが排気ポート２１２を介して排気系４の排気通路４１に排出される。次に、この排気が排気通路４１にある触媒装置４２にて浄化されて外部に排気される。
【００２０】
［オイル供給装置］
また、内燃機関１は、オイル供給装置５と、蓄熱装置６と、制御系７とを有する（図１参照）。オイル供給装置５は、エンジン２にオイルを供給する装置であり、エンジン２のヘッド部２１にオイルを供給するヘッド部側供給系５１と、エンジン２のブロック部２２にオイルを供給するブロック部側供給系５２とを有する。このオイル供給装置５は、例えば、エンジン２の摺動部（例えば、カムシャフト２３やクランク機構など）に潤滑油としてのオイルを供給して、エンジン２のフリクションや摩耗を低減する。また、オイル供給装置５は、エンジン２のアクチュエータ（例えば、可変バルブタイミング機構２４など）に作動油としてのオイルを供給して、アクチュエータの作動油圧を調整する。
【００２１】
また、オイル供給装置５は、オイルコントロールバルブ５６を有する（図１および図２参照）。このオイルコントロールバルブ５６は、ヘッド部側供給系５１とブロック部側供給系５２との間のオイルの流通量を規制するバルブであり、例えば、スプール弁５６１と、このスプール弁５６１を変位させるソレノイド５６２とを含んで構成される。このオイルコントロールバルブ５６の作用については、後述する。
【００２２】
蓄熱装置６は、オイルの熱を蓄える装置であり、例えば、エンジン２の定常運転時にて加温されたオイルを保温する蓄熱タンクにより構成される。なお、蓄熱装置６は、例えば、排気熱などを用いてオイルを加温する構成を有しても良い（図示省略）。
【００２３】
制御系７は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７１と、複数のセンサ７２〜７４とを有する。センサ７２〜７４は、例えば、排気通路４１上に配置された空燃比センサあるいは酸素濃度センサ（Ｏ２センサ）などのガスセンサ７４、蓄熱装置６により供給されるオイル温度を計測する第一温度センサ７３、ドレーン（オイルパン）２５のオイル温度を計測する第二温度センサ７２などにより構成される。この制御系７では、ＥＣＵ６１が各センサ７２〜７４の出力値に基づきオイルコントロールバルブ５６の開閉制御を行う。この制御については、後述する。
【００２４】
［オイルコントロールバルブの制御］
この内燃機関１では、触媒装置４２の暖機運転時にて、蓄熱装置６に蓄えられている温かいオイルがエンジン２に供給される（図１参照）。すると、エンジン２の温度が上昇し、これに伴って排気温度が上昇する。これにより、触媒装置４２が暖機されて、エンジンの排気ミッションが低減される。
【００２５】
ここで、この内燃機関１では、触媒装置４２の暖機を促進するために以下の制御が行われる（図３参照）。まず、エンジン始動時にて、エンジン２のヘッド部２１側のオイル温度がブロック部２２側のオイル温度よりも大きいか否かが判定される（ＳＴ１）。この実施例では、ヘッド部２１側のオイル温度が、蓄熱装置６により供給されるオイルの温度であり、蓄熱装置６の下流側かつオイルコントロールバルブ５６の上流側に配置された温度センサ７３の出力値として取得されている。また、ブロック部２２側のオイル温度が、ブロック部２２のドレーン２５に滞留しているオイルの温度であり、ドレーン２５に配置された温度センサ７２の出力値として取得されている。そして、これらの出力値に基づいて、上記の判定ステップＳＴ１が行われている。
【００２６】
次に、判定ステップＳＴ１にて、ヘッド部２１側のオイル温度がブロック部２２側のオイル温度よりも大きいと判定された場合には、触媒装置４２の暖機運転が完了したか否かの判定が行われる（ＳＴ２）。この判定ステップＳＴ２では、排気通路４１上に配置されたガスセンサ７４の出力値に基づいて触媒装置４２の暖機状態が推定される。
【００２７】
次に、判定ステップＳＴ２にて、触媒装置４２の暖機運転が完了したと判定されなかった場合（否定判定）には、オイルコントロールバルブ５６がＯＮ状態に設定される（ＳＴ３）（図１および図２参照）。すると、（１）ヘッド部側供給系５１では、第一オイルポンプ５７の稼働により、オイルがヘッド部２１のオイル溜まり２１３から汲み上げられて蓄熱装置６に供給される。すると、蓄熱装置６の温かいオイルがオイルコントロールバルブ５６を介してカムシャフト２３および可変バルブタイミング機構２４に供給され、再びオイル溜まり２１３に回収される。これにより、オイルがヘッド部２１を循環する。一方、（２）ブロック部側供給系５２では、第二オイルポンプ５３の稼働により、オイルがドレーン２５から汲み上げられてオイルフィルタ５４を通過し、メインギャラリ５５に供給される。そして、このオイルがメインギャラリ５５からクランク機構やチェーン機構（図示省略）に供給されて、再びドレーン２５に回収される。これにより、オイルがブロック部２２を循環する。また、（３）ヘッド部２１とブロック部２２との間のオイルの流通がオイルコントロールバルブ５６により遮断（あるいは減量）されており、オイル溜まり２１３のオイルがブロック部２２側に抜けないように設定されている。
【００２８】
かかる構成では、蓄熱装置６の温かいオイルがブロック部２２側に流出することなくヘッド部２１にて循環・滞留する。これにより、ヘッド部２１が効率的に温められて排気温度が上昇し、触媒装置４２の効率的な暖機が行われる。具体的には、ヘッド部２１が温められることにより、吸気ポート２１１の周辺が加熱されて吸気の圧縮端温度が上昇する。これにより、エンジン２の燃焼効率が向上して排気温度が上昇する。また、排気ポート２１２の周辺が加熱されるので、排気から排気ポート２１２の壁面への熱移動が減少する。これにより、触媒装置４２に到達したときの排気温度が上昇する。
【００２９】
一方、判定ステップＳＴ１にて、ヘッド部２１側のオイル温度がブロック部２２側のオイル温度よりも大きいと判定されなかった場合（否定判定）、あるいは、判定ステップＳＴ２にて、触媒装置４２の暖機運転が完了した（定常運転状態にある）と判定された場合には、オイルコントロールバルブ５６がＯＦＦ状態に設定される（ＳＴ４）（図１および図４参照）。すると、（１）ヘッド部側供給系５１では、蓄熱装置６からヘッド部側供給系５１へのオイルの流通が遮断される。また、第一オイルポンプ５７が停止される。また、（２）ブロック部側供給系５２の第二オイルポンプ５３の稼働により、オイルがドレーン２５から汲み上げられてオイルフィルタ５４を通過し、メインギャラリ５５に供給される。そして、このオイルがメインギャラリ５５からクランク機構やチェーン機構（図示省略）に供給されて、再びドレーン２５に回収される。これにより、オイルがブロック部２２を循環する。また、オイルがメインギャラリ５５からオイルコントロールバルブ５６を介してヘッド部２１側のカムシャフト２３および可変バルブタイミング機構２４に供給され、このオイルがオイル溜まり２１３に溜まる。さらに、（３）オイルがヘッド部２１のオイル溜まり２１３からオイルコントロールバルブ５６を介してドレーン２５に回収される。これらにより、オイルがエンジン２全体（ヘッド部２１およびブロック部２２）を循環する。
【００３０】
［効果］
以上説明したように、この内燃機関１では、触媒装置４２の暖機運転時にて、オイル供給装置５がヘッド部側供給系５１とブロック部側供給系５２との間のオイルの流通を減量あるいは遮断すると共に、蓄熱装置６のオイルをヘッド部側供給系５１に供給する（図１および図３参照）。かかる構成では、オイル供給装置５のヘッド部側供給系５１とブロック部側供給系５２とが分割されるので、蓄熱装置６のオイルがヘッド部側供給系５１に供給されることにより、エンジン２のヘッド部２１が効率的に温められる。これにより、排気温度が上昇して触媒装置４２の効率的な暖機が行われる利点がある。例えば、蓄熱装置のオイルがヘッド部側供給系およびブロック部側供給系の双方に供給される構成では、ヘッド部側供給系の温度が上昇し難い。
【００３１】
また、この内燃機関１では、ヘッド部側供給系５１とブロック部側供給系５２とがオイルコントロールバルブ５６を介して接続されると共に、オイルコントロールバルブ５６の開閉制御によりヘッド部側供給系５１とブロック部側供給系５２との間のオイルの流通が減量あるいは遮断される（図１〜図４参照）。かかる構成では、ヘッド部側供給系５１とブロック部側供給系５２との間のオイルの流通を制御するための構成を、既存のエンジンに対して容易に形成できる利点がある。
【００３２】
例えば、この実施例では、ヘッド部側供給系５１とブロック部側供給系５２とがそれぞれ独立して構成されており、これらの供給系５１、５２がオイルコントロールバルブ５６のみを介して接続されている（図１参照）。そして、触媒装置４２の暖機運転時には、オイルコントロールバルブ５６をＯＮ状態とすることにより、ヘッド部側供給系５１からブロック部側供給系５２への温かいオイル（蓄熱装置６のオイル）の流出が防止あるいは抑制されている。すなわち、触媒装置４２の暖機運転時には、オイルコントロールバルブ５６がヘッド部側供給系５１を封止するための栓として機能している。これにより、ヘッド部側供給系５１とブロック部側供給系５２との間のオイルの流通量が適正に調整されている。
【００３３】
また、この内燃機関１では、ヘッド部側供給系５１のオイル温度とブロック部側供給系５２のオイル温度との比較結果に基づいて、オイルコントロールバルブ５６の開閉制御が行われる（図３参照）。これにより、エンジン２のヘッド部２１の加温が適正に行われて、排気温度の上昇および触媒装置４２の暖機が効率的に行われる利点がある。
【００３４】
例えば、この実施例では、触媒装置４２の暖機運転時であってヘッド部２１側のオイル温度がブロック部２２側のオイル温度よりも大きいと判定されたときに、オイルコントロールバルブ５６がＯＮ状態に設定されている（ＳＴ１〜ＳＴ３）（図２および図３参照）。そして、ヘッド部側供給系５１とブロック部側供給系５２との間のオイルの流通が遮断されて、蓄熱装置６の温かいオイルがヘッド部側供給系５１に供給されている。これにより、ヘッド部側供給系５１とブロック部側供給系５２とを分割してエンジン２のヘッド部２１を集中的に加温する意義を生じさせている。
【００３５】
また、この実施例では、ヘッド部側供給系５１のオイル温度が第一温度センサ７３により計測されており、また、ブロック部側供給系５２のオイル温度が第二温度センサ７２により計測されている（図１参照）。そして、これらの温度センサ７２、７３の出力値に基づいて、オイルコントロールバルブ５６の開閉制御が行われている。これにより、オイルコントロールバルブ５６が電気的に制御されて、触媒装置４２の暖機が効率的に行われている。
【００３６】
また、この内燃機関１では、触媒装置４２の推定温度に基づいてオイルコントロールバルブ５６の開閉制御が行われる（ＳＴ２）（図３参照）。かかる構成では、触媒装置４２の推定温度が用いられることにより、触媒装置４２の暖機状態が適正に判定される。これにより、触媒装置４２の暖機が適正に行われる利点がある。
【００３７】
例えば、この実施例では、排気通路４１上に配置されたガスセンサ７４の出力値に基づいて触媒装置４２の推定温度が算出され、その結果に基づいてオイルコントロールバルブ５６の開閉制御が行われている。これにより、オイルコントロールバルブ５６が電気的に制御されて、触媒装置４２の暖機が効率的に行われている。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、この発明にかかる内燃機関は、オイルの蓄熱装置を有する構成において触媒装置の暖機を効率的に促進できる点で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の実施例にかかる内燃機関のオイル供給装置を示す構成図である。
【図２】図１に記載したオイル供給装置のオイルコントロールバルブを示す構成図である。
【図３】図１に記載したオイル供給装置のオイルコントロールバルブを示すフローチャートである。
【図４】図１に記載したオイル供給装置のオイルコントロールバルブを示す作用説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１     内燃機関
２     エンジン
２１   ヘッド部
２１１ 吸気ポート
２１２ 排気ポート
２２   ブロック部
２３   カムシャフト
２４   可変バルブタイミング機構
２５   ドレーン
３     吸気系
３１   吸気通路
４     排気系
４１   排気通路
４２   触媒装置
５     オイル供給装置
５１   ヘッド部側供給系
５２   ブロック部側供給系
５３   第二オイルポンプ
５４   オイルフィルタ
５５   メインギャラリ
５６   オイルコントロールバルブ
５６１ スプール弁
５６２ ソレノイド
５７   第一オイルポンプ
６     蓄熱装置
７     制御系
７１   ＥＣＵ
７２   第二温度センサ
７３   第一温度センサ
７４   ガスセンサ
１０   エンジン
１１   カムシャフト
１２   可変バルブタイミング機構
【図１】
2010048189.tif 000003
【図２】
2010048189.tif 000004
【図３】
2010048189.tif 000005
【図４】
2010048189.tif 000006