(57)【要約】【課題】  リターン燃料を有効に利用することにより、冷間時において内燃機関を速やかに昇温させて燃料消費率を向上させた技術を提供する。【解決手段】  リターン経路５０から分岐し、オイルパン６０内のエンジンオイルと熱交換可能となるようにオイルパン６０を経由して燃料タンク１１に至る第１リターン経路５２を備え、少なくとも冷間時に、リターン燃料を第１リターン経路５２に流して、リターン燃料とエンジンオイルとの間で熱交換させてエンジンオイルを昇温させることによりエンジン１を速やかに昇温させる。【選択図】  図１
2006200461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンクから燃料噴射手段に供給された燃料のうち、該燃料噴射手段により燃料噴射されなかったリターン燃料を該燃料タンクに戻すリターン経路を備えた内燃機関において、
前記リターン経路から分岐し、被加熱部と熱交換可能となるように該被加熱部を経由して前記燃料タンクに至る分岐経路を備え、
少なくとも機関冷間時に、前記リターン燃料を前記分岐経路に流して、該リターン燃料と前記被加熱部との間で熱交換させて該被加熱部を昇温させることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記リターン経路と前記分岐経路との分岐部に設けられ、前記リターン燃料の流れを前記リターン経路側と前記分岐経路側との間で切り替える切替弁と、
機関が暖機状態にあるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により機関が暖機状態にないと判定された場合、前記リターン燃料の流れが前記分岐経路側となるように前記切替弁を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記被加熱部が、オイルパン、及び、該オイルパンに貯留されたエンジンオイルであることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記被加熱部が、機関内に設けられたエンジンオイルの循環経路の一部、及び、該循環経路を流れるエンジンオイルであることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記被加熱部が、シリンダブロックまたはシリンダヘッドに設けられたウォータジャケット、及び、該ウォータジャケットを流れる冷却水であることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記被加熱部が、クランクジャーナル近傍に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の車両に搭載される内燃機関においては、内燃機関の温度が低い状態（冷間状態）にあるときに、燃料消費率の向上などを目的として、内燃機関を速やかに昇温させることが可能な内燃機関の開発が進められている。
【０００３】
なお、関連する従来例が開示された文献としては、特許文献１，２がある。
【特許文献１】特開２００３−１７６７６１号公報
【特許文献２】特開２００４−１９５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料タンクから燃料噴射手段に供給された燃料のうち燃料噴射されなかった燃料は、いわゆるリターン燃料として燃料タンクに戻されている。
【０００５】
燃料は、燃料タンクから燃料噴射手段に供給される過程で高圧状態にされるため、リターン燃料として燃料タンクに戻される場合には、圧力が開放されて高温状態にある。
【０００６】
本発明者は、このリターン燃料に着目し、高温状態にあるリターン燃料を有効に利用することにより、冷間時において内燃機関を速やかに昇温させる技術について鋭意研究を重ねた。
【０００７】
本発明は、上記したような事情に鑑みてなされたものであり、リターン燃料を有効に利用することにより、冷間時において内燃機関を速やかに昇温させて燃料消費率を向上させた技術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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明にあっては、
燃料タンクから燃料噴射手段に供給された燃料のうち、該燃料噴射手段により燃料噴射されなかったリターン燃料を該燃料タンクに戻すリターン経路を備えた内燃機関において、
前記リターン経路から分岐し、被加熱部と熱交換可能となるように該被加熱部を経由して前記燃料タンクに至る分岐経路を備え、
少なくとも機関冷間時に、前記リターン燃料を前記分岐経路に流して、該リターン燃料と前記被加熱部との間で熱交換させて該被加熱部を昇温させることを特徴とする。
【０００９】
このように構成することにより、機関冷間時には、高温状態にあるリターン燃料と被加熱部との間で熱交換させて被加熱部を昇温させることができるので、内燃機関を速やかに昇温させることができ、以て燃料消費率を向上させることが可能となる。
【００１０】
また、上記構成において、
前記リターン経路と前記分岐経路との分岐部に設けられ、前記リターン燃料の流れを前記リターン経路側と前記分岐経路側との間で切り替える切替弁と、
機関が暖機状態にあるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により機関が暖機状態にないと判定された場合、前記リターン燃料の流れ
が前記分岐経路側となるように前記切替弁を制御する制御手段と、
を備えるとよい。
【００１１】
このように構成されることにより、機関が暖機状態にない、すなわち冷間時のみ、リターン燃料と被加熱部との間で熱交換させることができる。
【００１２】
ここで、被加熱部として例えばエンジンオイルをリターン燃料と熱交換させるような場合、暖機後においても、エンジンオイルとリターン燃料との間で熱交換させてエンジンオイルを昇温させてしまうと、エンジンオイルの粘性の低下による油膜切れ等が生じてしまうおそれがある。このような場合でも、上記のように構成することにより、必要に応じて被加熱部を昇温することができるので、不具合が生ずるようなことはない。
【００１３】
また、前記被加熱部は、内燃機関の冷間時に、早期に暖機させることが望ましい部分であればよく、例えば、（１）オイルパン、及び、該オイルパンに貯留されたエンジンオイルや、（２）機関内に設けられたエンジンオイルの循環経路の一部、及び、該循環経路を流れるエンジンオイルや、（３）シリンダブロックまたはシリンダヘッドに設けられたウォータジャケット、及び、該ウォータジャケットを流れる冷却水であったり、（４）クランクジャーナル近傍に設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、リターン燃料を有効に利用することにより、冷間時において内燃機関を速やかに昇温させて燃料消費率を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関としてディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１を説明するための概略断面図である。まず、エンジン１の基本構造及び機能について説明する。
【００１７】
図１において、エンジン１は、燃料供給系１０、燃焼室２０、吸気系３０及び排気系４０等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンである。
【００１８】
先ず、燃料供給系１０は、燃料タンク１１、燃料フィルタ１２、燃料ポンプ１３、コモンレール１４、燃料噴射弁１５、減圧弁１６等を備えて構成されている。
【００１９】
燃料ポンプ１３は、フィードポンプ１３ａとサプライポンプ１３ｂとから構成されている。フィードポンプ１３ａは、燃料タンク１１内の燃料を燃料フィルタ１２を通じて吸入するとともに、その燃料を所定のフィード圧をもってサプライポンプ１３ｂに供給する。サプライポンプ１３ｂは、フィードポンプ１３ａから供給された燃料を更に高圧に加圧し、その加圧した燃料をコモンレール１４に圧送する。
【００２０】
コモンレール１４は、サプライポンプ１３ｂから供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁１５に分配する。燃料噴射弁１５は、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、適宜開弁して燃焼室２０内に燃料を噴射供給する。
【００２１】
吸気系３０は、各燃焼室２０内に供給される吸入空気の通路（吸気通路）を形成してい
る。一方、排気系４０は、各燃焼室２０から排出される排気ガスの通路（排気通路）を形成している。排気系４０においては、排気中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）等を浄化する排気浄化部４１が設けられている。
【００２２】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）７０が併設されている。このＥＣＵ７０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ等からなる論理演算回路を備え、各種センサの信号に基づいて、例えば、エンジン１の運転状態を検出し、エンジン１の各種構成要素を統括制御する。
【００２３】
ＥＣＵ７０には、エンジン１に取り付けられたクランクポジションセンサ（図示略）、エンジン１内を循環する冷却水の温度に応じた信号を出力する水温センサ（図示略）、吸気系３０を通じて燃焼室２０に導入される空気の流量（吸入空気量）に応じた信号を出力するエアフロメータ（図示略）、運転者によるアクセルペダル（図示略）の踏込量に応じた信号を出力するアクセルポジションセンサ（図示略）、コモンレール１４内のコモンレール圧力に応じた信号を出力するレール圧センサ７１等、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ７０に入力されるようになっている。
【００２４】
また、ＥＣＵ７０は、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、各種センサの出力信号の入力、エンジン回転数の演算、負荷の演算、燃料噴射量の演算、燃料噴射時期の演算などを実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＵ７０が入力した各種信号やＥＣＵ７０が演算して得られた各種制御値は、該ＥＣＵ７０のＲＡＭに一時的に記憶される。
【００２５】
更に、ＥＣＵ７０は、各種のセンサやスイッチからの信号の入力、一定時間の経過、或いはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理において、ＲＡＭから各種制御値を読み出し、それら制御値に従って燃料噴射弁１５や後述する減圧弁１６，切替弁５５などを制御する。ここで、ＥＣＵ７０やエンジン１の運転状態に関する情報を提供する各種センサは、本発明に係る制御手段や判定手段を構成している。
【００２６】
次に、本実施例の特徴について説明する。
【００２７】
燃料タンク１１から燃料ポンプ１３によってコモンレール１４に供給された燃料のうち各燃料噴射弁１５により燃料噴射されなかった燃料は、いわゆるリターン燃料としてリターン経路５０を通じて燃料タンク１１に戻される。
【００２８】
ここで、リターン経路５０を通じて燃料タンク１１に戻されるリターン燃料について説明する。
【００２９】
リターン燃料が、リターン経路５０を通じて燃料タンク１１に戻される場合には、コモンレール１４からリターン経路５０に流れ込むことにより燃料タンク１１に戻される場合と、各燃料噴射弁１５からリターン経路５０に流れ込むことにより燃料タンク１１に戻される場合がある。
【００３０】
コモンレール１４内のコモンレール圧力が所定の圧力より高圧となったような場合には、リターン燃料はコモンレール１４から減圧弁１６を通じてリターン経路５０に流れ込むこととなる。ここで、減圧弁１６は、コモンレール１４内のコモンレール圧力を所定の圧力に保つために用いられる開閉弁である。
【００３１】
また、燃料噴射弁１５から燃料が漏れたような場合には、漏れた燃料は燃料噴射弁１５からリターン経路５０に流れ込むこととなる。また、燃料噴射弁１５においては、燃料を用いて油圧制御バルブを作動させることにより燃料噴射を行うものがある。このような場合には、油圧制御バルブを作動させるために用いられた燃料は、燃料噴射弁１５から排出されてリターン経路５０に流れ込むこととなる。
【００３２】
コモンレール１４内に所定圧力に保持された高圧燃料がリターン燃料としてリターン経路５０に流れ込んだ場合、リターン燃料は圧力が開放されて高温状態となる。
【００３３】
以下、本実施例の特徴的な構成であるリターン経路５０について説明する。本実施例においては、リターン経路５０が分岐部５１で第１リターン経路５２と第２リターン経路５３とに分岐している。
【００３４】
そして、第１リターン経路５２は、オイルパン６０の容器内を経由するように設けられている。オイルパン６０内においては、第１リターン経路５２は、例えば螺旋状に設けられることにより、エンジンオイルに接触している表面積が大きくなるような部分（以下、熱交換器という）５２ａが設けられている。これにより、第１リターン経路５２を流れるリターン燃料が、オイルパン６０に貯留されたエンジンオイルと熱交換可能となっている。
【００３５】
オイルパン６０を経由した第１リターン経路５２は、分岐部５１でリターン経路５０から分岐した第２リターン経路５３と合流し、合流リターン経路５４として、リターン燃料を燃料タンク１１に導く。ここで、第１リターン経路５２及び合流リターン経路５４は、本発明に係る分岐経路を構成し、リターン経路５０，第２リターン経路５３及び合流リターン経路５４は、本発明に係るリターン経路を構成している。
【００３６】
また、分岐部５１においては、リターン燃料の流れ（経路、流路）を第１リターン経路５２側か、第２リターン経路５３側に切り替える切替弁５５が設けられている。切替弁５５は、エンジンオイルが暖機されていない場合のみ、リターン燃料が第１リターン経路５２側に流れるように、ＥＣＵ７０によって制御されている。
【００３７】
以下に、ＥＣＵ７０による切替弁５５の制御について説明する。図２は、切替弁制御の実行手順（ルーチン）を示すフローチャートである。本ルーチンは、エンジン１の運転中ＥＣＵ７０を通じて所定時間毎に実行される。
【００３８】
本ルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ７０は先ずステップＳ１０１において、エンジンオイルの温度を推定する。エンジンオイルの温度は、例えば、外気温やエンジン１の冷却水の水温や積算燃料噴射量などから推定することができる。
【００３９】
続くステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で推定したエンジンオイルの温度が暖機判定値（所定の温度）よりも低いか否かを判定する。
【００４０】
ステップＳ１０２で、エンジンオイルの温度が暖機判定値よりも低いと判定された場合には、ステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、リターン燃料の流れが第１リターン経路５２側となるように切替弁５５を切り替える。
【００４１】
また、ステップＳ１０２で、エンジンオイルの温度が暖機判定値よりも高いと判定された場合には、ステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、リターン燃料の流れが第２リターン経路５３側となるように切替弁５５を切り替えて、熱交換器５２ａをバイパス
させる。
【００４２】
以上説明したように、本実施例によれば、エンジン１が暖機状態にない冷間時には、切替弁５５を切り替えて、リターン燃料を第１リターン経路５２に流すことにより、高温状態にあるリターン燃料とオイルパン６０内のエンジンオイルとの間で熱交換を行うことができるので、エンジンオイルを早期に暖機することができる。これにより、エンジン１を速やかに昇温させることができる。さらに、エンジンオイルの粘度を早期に低くすることができるので、エンジンオイルの粘度が高いことに起因して増加したフリクションを早期に低減することができる。したがって、エンジン１の冷間時でも燃料消費率を向上させることが可能となる。
【００４３】
上述した本実施例においては、第１リターン経路５２がオイルパン６０を経由することにより、リターン燃料がエンジンオイルと熱交換するものであったが、これに限らず、エンジン１の冷間時に、早期に暖機させることが望ましいところ（部分）にリターン経路を経由させるものであれば、エンジン１を速やかに昇温させることができる。
【００４４】
以下に、他の実施例として、第１リターン経路５２をオイルパン以外の部分を経由させた場合について説明する。なお、以下の実施例に係るエンジンは、上述した実施例１に係るエンジン１と同様の構成であるため、その説明は省略し、上述したような第１リターン経路５２、及び／又は、熱交換器５２ａ（実施例１と同一の符号を用いる）が設けられた部分についてのみ説明する。また、ＥＣＵ７０による切替弁５５の制御においても、実施例１と同様の制御が行われるものとする。
【実施例２】
【００４５】
図３は、本発明の実施例２を説明するための図である。
【００４６】
本実施例においては、エンジン１内を循環するエンジンオイル（ＥＮＧオイル）のオイル経路８１に、第１リターン経路５２を経由させたもので、オイル経路８１内に熱交換器５２ａを設けたものである。
【００４７】
また、オイル経路８１において、エンジンオイルを冷却するためのオイルクーラが設けられているような場合には、このオイルクーラに第１リターン経路５２を経由させてもよい。
【００４８】
図４は、オイルクーラ８２に第１リターン経路５２を経由させた場合を示す図である。図４に示すように、オイルクーラ８２内のエンジン１の冷却水の経路が設けられる部分に熱交換器５２ａを設け、オイルクーラ８２内の経路を、エンジン冷却水とリターン燃料の２系統としてもよい。
【００４９】
このように構成することにより、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００５０】
本発明の実施例３においては、シリンダブロックやシリンダヘッドのウォータジャケットに、第１リターン経路５２を経由させたもので、ウォータジャケット内を流れる冷却水とリターン燃料とを熱交換させたものである。
【００５１】
実施例１，２では、リターン燃料とエンジンオイルとの間で熱交換を行わせるものであったが、本実施例では、リターン燃料とエンジン冷却水との間で熱交換を行わせるものである。
【００５２】
本実施例によれば、エンジン冷却水を早期に暖機できるので、エンジン１を速やかに暖機させることができ、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
また、通常の燃料噴射（主噴射）に先立って少量の燃料噴射（いわゆるパイロット噴射）が行われる場合には、通常、エンジン冷却水の水温が上昇すると、パイロット噴射のインターバルをロングからショートへ、パイロット噴射量を大から小へ、というような補正が行われる。これにより、主噴射での着火時期の遅れを短縮することができるので、燃焼騒音を低減し、排気エミッションの悪化を防止することができるものであるが、本実施例においては、早期にエンジン冷却水を昇温させることができるので、燃焼騒音や排気エミッションに対しても、より効果的である。
【００５４】
また、エンジン冷却水の暖機後であっても、エンジンの高負荷運転時に、リターン燃料を第１リターン経路５２に流すことにより、高負荷運転により上昇したリターン燃料の温度を低下させることができるので、リターン経路（特に、第２リターン経路５３及び合流リターン経路５４）や燃料タンク１１を構成する材料（素材）の熱劣化を抑制することができる。
【実施例４】
【００５５】
図５は、本発明の実施例４を説明するための図である。
【００５６】
本実施例においては、第１リターン経路５２をクランクシャフトのクランクジャーナル８３近傍を経由させたものである。
【００５７】
これには、例えば、クランクケース（シリンダブロック）８４において、クランクジャーナル８３を回転自在に支持する軸受け８５が設けられる部分の周囲にリターン燃料が流れる経路（配管）を設け、これを第１リターン経路５２とするとよい。この経路は、軸受け８５が設けられる部分の周囲に鋳込むことにより設けるとよい。
【００５８】
エンジン１の冷間時において、このように設けられた第１リターン経路５２にリターン燃料が流れることにより、クランクジャーナル８３やその周囲（特に、クランクケース８４とクランクジャーナル８３との間に存在するエンジンオイル）を早期に暖機することができるので、エンジン１のフリクションを早期に低減することができる。
【００５９】
本実施例においても、実施例１と同様の効果を得ることができるが、クランクジャーナル８３やその周囲を局所的に温めることができるので、エンジン１のフリクション低減に対して、より効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施例１のエンジンを示す概略図。
【図２】切替弁制御の実行手順（ルーチン）を示すフローチャート図。
【図３】本発明の実施例２を説明するための図。
【図４】オイルクーラに第１リターン経路を経由させた場合を示す図。
【図５】本発明の実施例４を説明するための図。
【符号の説明】
【００６１】
１  エンジン
１０  燃料供給系
１１  燃料タンク
１２  燃料フィルタ
１３  燃料ポンプ
１３ａ  フィードポンプ
１３ｂ  サプライポンプ
１４  コモンレール
１５  燃料噴射弁
１６  減圧弁
２０  燃焼室
３０  吸気系
４０  排気系
４１  排気浄化部
５０  リターン経路
５１  分岐部
５２  第１リターン経路
５２ａ  熱交換器
５３  第２リターン経路
５４  合流リターン経路
５５  切替弁
６０  オイルパン
７０  ＥＣＵ
７１  レール圧センサ
８１  オイル経路
８２  オイルクーラ
８３  クランクジャーナル
８４  クランクケース
８５  軸受け
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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