(57)【要約】【課題】エンジンの状態に適応した熱交換を行って吸熱媒体の温度を好適に調整することのできるエンジンの熱交換システムを提供する。【解決手段】エンジン１１のシリンダヘッド１３には排気マニホールド１４が取付けられ、その下流側部分には触媒コンバータ１５が設けられている。触媒コンバータ１５の下流側には切換弁１６が設けられ、該切換弁１６にはメイン排気管１７及びサブ排気管１８がそれぞれ接続されている。サブ排気管１８の途中にはエンジンオイルを加熱するための熱交換器１９が設けられ、その下流側においてサブ排気管１９がメイン排気管１８に合流させられた上で、１本の排気管２１が接続されている。そのときどきのエンジン１１の運転状況に応じて、制御装置により、切換弁１６の開度が調整される。これにより、メイン排気管１７及びサブ排気管１８へ流れる排気ガスの流量が調整されると共に、エンジンオイルの温度が好適に調整される。【選択図】      図１
2005226474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから導出される排気ガスを下流側へと排出するための第１排気通路と、
前記第１排気通路途中の分岐部から分岐され、該分岐部よりも下流側の合流部にて合流させられるよう接続されてなる第２排気通路と、
前記第２排気通路の途中に設けられ、前記エンジンの吸熱媒体との間で熱交換を行わせるための熱交換手段と、
前記分岐部に設けられ、前記第１排気通路及び第２排気通路を流れる排気ガスの流量比を調整可能な調整弁と
を具備してなるエンジンの熱交換システム。
【請求項２】
前記排気ガスを浄化するための触媒コンバータを、前記分岐部よりも上流側に設けたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの熱交換システム。
【請求項３】
前記エンジンの状態に応じて前記調整弁を制御する制御手段を設けるとともに、該制御手段は、少なくとも前記エンジンの冷間始動時には、通常運転時よりも前記第２排気通路を流れる排気ガスの流量比が大きくなるよう前記調整弁を制御することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの熱交換システム。
【請求項４】
前記エンジンの状態に応じて前記調整弁を制御する制御手段を設けるとともに、該制御手段は、少なくとも前記エンジンの高回転時には、通常運転時よりも前記第１排気通路を流れる排気ガスの流量比が大きくなるよう前記調整弁を制御することを特徴とする請求項２又は３に記載のエンジンの熱交換システム。
【請求項５】
前記排気ガスを浄化するための触媒コンバータを、前記分岐部及び合流部間における前記第１排気通路の途中に設けたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの熱交換システム。
【請求項６】
前記エンジンの状態に応じて前記調整弁を制御する制御手段を設けるとともに、該制御手段は、少なくとも前記エンジンの冷間始動時には、排気ガスが前記第１排気通路及び第２排気通路双方を流れるよう前記調整弁を制御することを特徴とする請求項５に記載のエンジンの熱交換システム。
【請求項７】
前記エンジンの状態に応じて前記調整弁を制御する制御手段を設けるとともに、該制御手段は、少なくとも前記エンジンの高回転時には、排気ガスが前記第１排気通路及び第２排気通路双方を流れるよう前記調整弁を制御することを特徴とする請求項５又は６に記載のエンジンの熱交換システム。
【請求項８】
前記吸熱媒体は、エンジンオイルであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のエンジンの熱交換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの熱交換システムに係り、特に、エンジンから導出される排気ガスの熱を利用して吸熱媒体を加熱するための熱交換システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気ポートから導出される排気ガスの熱を利用して、吸熱媒体を加熱する技術が知られている。例えば、Ｖ型又は水平対向型エンジンにおいて、各バンクから延びる排気管を、エンジン下部のオイルパンの直下にて合流させ、この合流部に支持ブラケットを設け、このブラケットをオイルパン底部に取付けるというものがある（例えば、特許文献１参照）。また、この技術では、合流部直前に触媒コンバータを設けることとしている。
【０００３】
かかる構成により、従来では、排気管での排気熱や触媒コンバータでの反応熱がブラケット等を介してオイルパン内に伝達され、オイルパン内のエンジンオイルが、より積極的に加温されることとなる。これにより、冷間始動時等においてエンジンオイルのフリクションの低減が図られる。
【特許文献１】特許第２９７０３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記技術においては、次に示すような課題が生じる。すなわち、エンジンオイルは、ブラケット等を介して間接的に加温されるため、エンジンオイルの昇温速度は依然として遅くなりがちである。それ故、想定した程のフリクションの低減を図ることができないおそれがある。
【０００５】
また、上記技術では、エンジンの運転状態とは無関係に、排気ガスの熱がブラケット等を介して伝達されるため、エンジンオイルの温度が、所期の温度範囲内を逸脱してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンの状態に対応した適切な熱交換を行うことで、吸熱媒体の温度を好適に調整することの可能なエンジンの熱交換システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明では、エンジンから導出される排気ガスを下流側へと排出するための第１排気通路と、前記第１排気通路途中の分岐部から分岐され、該分岐部よりも下流側の合流部にて合流させられるよう接続されてなる第２排気通路と、前記第２排気通路の途中に設けられ、前記エンジンの吸熱媒体との間で熱交換を行わせるための熱交換手段と、前記分岐部に設けられ、前記第１排気通路及び第２排気通路を流れる排気ガスの流量比を調整可能な調整弁とを具備してなるエンジンの熱交換システムをその要旨としている。
【０００８】
上記請求項１に係る発明によれば、エンジンから導出される排気ガスが第１排気通路及び／又は第２排気通路を通って下流側へと排出される。ここで、排気ガスが第２排気通路を流れる場合には、その途中に設けられた熱交換手段において、エンジンの吸熱媒体との間で熱交換が行われる。つまり、排気ガスの熱の一部が吸熱媒体に吸収され、吸熱媒体が加熱させられる。また、分岐部には、調整弁が設けられ、該調整弁により第１排気通路及び第２排気通路を流れる排気ガスの流量比が調整される。つまり、調整弁によって、熱交換手段を通過する排気ガスの流量が調整されることとなる。そのため、そのときどきのエンジンの状態に応じて、調整弁を適宜調整することで、エンジンの状態に適応した熱交換を行うことができて、吸熱媒体の温度も好適に調整することができる。従って、請求項１に係る発明によれば、エンジンの状態に関わりなく、吸熱媒体の温度を所定の範囲内におさまるように保持することが可能となる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明では、請求項１に記載のエンジンの熱交換システムにおいて、前記排気ガスを浄化するための触媒コンバータを、前記分岐部よりも上流側に設けたことをその要旨としている。
【００１０】
上記請求項２に係る発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、排気ガスを浄化するための触媒コンバータが分岐部よりも上流側に設けられている。このため、熱交換よりもまずは触媒コンバータの暖機が優先されることとなる。すなわち、調整弁の調整に関わらず、触媒コンバータの触媒が暖機されることとなるため、熱交換手段を通過する排気ガス流量を考慮することなく、触媒の暖機促進が図られる。
【００１１】
さらに、請求項３に係る発明では、請求項２に記載のエンジンの熱交換システムにおいて、前記エンジンの状態に応じて前記調整弁を制御する制御手段を設けるとともに、該制御手段は、少なくとも前記エンジンの冷間始動時には、通常運転時よりも前記第２排気通路を流れる排気ガスの流量比が大きくなるよう前記調整弁を制御することをその要旨としている。
【００１２】
上記請求項３に係る発明によれば、請求項２に記載の発明の作用に加えて、制御手段によって調整弁が制御される。特に、少なくともエンジンの冷間始動時には、通常運転時よりも第２排気通路を流れる排気ガスの流量比が大きくなるよう調整弁が制御される。従って、熱交換手段を通過する排気ガスの流量が比較的多くなるため、冷間始動時においては、触媒の暖機及び吸熱媒体の加熱が共に促進されることとなる。
【００１３】
併せて、請求項４に係る発明では、請求項２又は３に記載のエンジンの熱交換システムにおいて、前記エンジンの状態に応じて前記調整弁を制御する制御手段を設けるとともに、該制御手段は、少なくとも前記エンジンの高回転時には、通常運転時よりも前記第１排気通路を流れる排気ガスの流量比が大きくなるよう前記調整弁を制御することをその要旨としている。
【００１４】
上記請求項４に係る発明によれば、請求項２、３に記載の発明の作用に加えて、特に、少なくともエンジンの高回転時には、制御手段によって、通常運転時よりも第１排気通路を流れる排気ガスの流量比が大きくなるよう調整弁が制御される。従って、高回転時には、熱交換手段を通過する排気ガスの流量が比較的少なくなるため、吸熱媒体の昇温が抑制される。その結果、高回転時における吸熱媒体の過熱（オーバーヒート）を防止できる。
【００１５】
加えて、請求項５に係る発明では、請求項１に記載のエンジンの熱交換システムにおいて、前記排気ガスを浄化するための触媒コンバータを、前記分岐部及び合流部間における前記第１排気通路の途中に設けたことをその要旨としている。
【００１６】
上記請求項５に係る発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加えて、排気ガスを浄化するための触媒コンバータが、分岐部及び合流部間における第１排気通路の途中に設けられているため、前記調整弁を調整することで、熱交換手段を通過する排気ガス流量のみならず、触媒コンバータを通過する排気ガス流量をも併せて調整することができる。従って、そのときどきのエンジンの状態に応じて調整弁の調整を行うことで、熱交換手段の吸熱のみならず触媒コンバータの触媒の暖機の具合をも調整することができる。
【００１７】
また、請求項６に係る発明では、請求項５に記載のエンジンの熱交換システムにおいて、前記エンジンの状態に応じて前記調整弁を制御する制御手段を設けるとともに、該制御手段は、少なくとも前記エンジンの冷間始動時には、排気ガスが前記第１排気通路及び第２排気通路双方を流れるよう前記調整弁を制御することをその要旨としている。
【００１８】
上記請求項６に係る発明によれば、請求項５に記載の発明の作用に加えて、少なくともエンジンの冷間始動時には、制御手段によって、排気ガスが第１排気通路及び第２排気通路双方を流れるよう調整弁が制御される。このため、第１排気通路を流れる排気ガスによって、冷間始動時における触媒の暖機が促進されるとともに、第２排気通路を流れる排気ガスによって、熱交換手段での吸熱も促進される。
【００１９】
さらに、請求項７に係る発明では、請求項５又は６に記載のエンジンの熱交換システムにおいて、前記エンジンの状態に応じて前記調整弁を制御する制御手段を設けるとともに、該制御手段は、少なくとも前記エンジンの高回転時には、排気ガスが前記第１排気通路及び第２排気通路双方を流れるよう前記調整弁を制御することをその要旨としている。
【００２０】
上記請求項７に係る発明によれば、請求項５、６に記載の発明の作用に加えて、少なくともエンジンの高回転時には、制御手段によって、排気ガスが第１排気通路及び第２排気通路双方を流れるよう調整弁が制御される。このため、排気ガスが第１排気通路を流れる分だけ、吸熱媒体の昇温を抑制でき、高回転時における吸熱媒体の過熱（オーバーヒート）を防止できる。また一方で、排気ガスは第２排気通路をも流れるため、全ての排気ガスが第１排気通路のみを流れる場合に比べて、高回転時における触媒の過熱（オーバーヒート）を抑制することができる。
【００２１】
併せて、請求項８に係る発明では、請求項１乃至７のいずれかに記載のエンジンの熱交換システムにおいて、前記吸熱媒体は、エンジンオイルであることをその要旨としている。
【００２２】
上記請求項８に係る発明のように、吸熱媒体がエンジンオイルである場合、該エンジンオイルの加熱がエンジンの冷間始動時において促進されることで、フリクションロスを抑制でき、燃費向上等に繋がる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、エンジンの状態に適応した熱交換を行って吸熱媒体の温度を好適に調整できるという優れた効果が奏される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１実施形態）
以下に、第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、エンジン１１は、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３を具備しており、シリンダヘッド１３に設けられた図示しない排気ポートに連通するようにして排気マニホールド１４が取付けられている。排気マニホールド１４の下流側部分には、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ１５が設けられている。この触媒コンバータ１５は、触媒（触媒物質を担持した金属製又はセラミックス製の触媒担体）と、その触媒を収容したケースとを具備している。
【００２５】
当該触媒コンバータ１５の下流側には、調整弁としての切換弁１６が設けられ、該切換弁１６には第１排気通路としてのメイン排気管１７及び第２排気通路としてのサブ排気管１８がそれぞれ接続されている。本実施形態では、前記切換弁１６の設置部位が「分岐部」に相当し、この「分岐部」からサブ排気管１８が分岐している。かかる構成下、触媒コンバータ１５は、分岐部よりも上流側に設けられていることになる。
【００２６】
サブ排気管１８の途中には、後述する熱交換手段としての熱交換器１９が設けられており、その下流側において、サブ排気管１８が前記メイン排気管１７に合流させられ、当該合流部よりも下流側においては、１本の排気管２１が接続されている。上記切換弁１６は、図示しない制御装置によってその開度が調整され、もってメイン排気管１７及びサブ排気管１８へ流れる排気ガスの流量が調整されるようになっている。
【００２７】
本実施形態における前記熱交換器１９は、排気ガスからの伝達熱により吸熱媒体としてのエンジンオイルの昇温を図るためのものである。より詳しくは、シリンダブロック１２の本体部分とエンジンオイルを濾過するためのオイルフィルタ２２との間に熱交換器１９が設けられている。図２，３に示すように、当該熱交換器１９は、有蓋及び有底円筒状をなす本体部３０を備えており、その中心に円筒状のパイプによって形成された第１オイル通路３１が設けられている。そして、シリンダブロック１２から流れるエンジンオイルは、当該第１オイル通路３１を通ってオイルフィルタ２２の方（図２の右方）へと導かれるようになっている。また、本体部３０のシリンダブロック１２側及びオイルフィルタ２２側の各端面には、前記第１オイル通路３１を囲むようにして複数の孔３２が穿設されている。当該孔３２及び本体部３０内のうちの第１オイル通路３１の周囲空間によって第２オイル通路３３が形成されている。そして、オイルフィルタ２２にて濾過されたエンジンオイルは、当該第２オイル通路３３を通って、シリンダブロック１２内に戻されるようになっている。
【００２８】
また、熱交換器１９の本体部３０を貫通するようにして、前記サブ排気管１８が設けられている。より詳しく説明すると、本体部３０内におけるサブ排気管１８は、前記第１オイル通路３１の外周を巻き込むようにスパイラル状に配設されているとともに、その外周壁には多数のフィン３４が一体的に設けられている。かかる構成により、第１オイル通路３１及び第２オイル通路３３を通過するエンジンオイルが、排気ガスから伝達される熱により効率的に加熱させられるようになっている。このように、本実施形態におけるエンジン１１の熱交換システムは、主として、排気マニホールド１４と、触媒コンバータ１５と、切換弁１６と、メイン排気管１７と、サブ排気管１８と、熱交換器１９とを具備している。
【００２９】
次に、上記実施形態による作用及び効果について説明する。
【００３０】
エンジン１の冷間始動時においては、制御装置は、メイン排気管１７には排気ガスが流れないよう、つまりサブ排気管１８のみを排気ガスが流れるよう前記切換弁１６を制御する（切換弁１６の開度１００％）。これにより、排気ガスの全てが熱交換器１９を通過するため、冷間始動時においては、吸熱媒体たるエンジンオイルの加熱が促進されることとなる。そのため、冷間始動時においては、エンジンオイルの粘度が素早く低下し、フリクションロスの低下を抑制することができる。結果として、飛躍的な燃費の向上を図ることができる。
【００３１】
また、エンジン１１の高回転時においては、制御装置は、サブ排気管１８には排気ガスが流れないよう、つまりメイン排気管１７のみを排気ガスが流れるよう前記切換弁１６を制御する（切換弁１６の開度０％）。これにより、排気ガスが熱交換器１９を通過しないため、エンジンオイルの昇温を抑制できる。その結果、高回転時におけるエンジンオイルの過熱（オーバーヒート）を防止できる。
【００３２】
なお、特に数値的な限定がされるものではないが、制御装置は、通常運転中においては、切換弁１６の開度を例えば２０％〜８０％の範囲で適宜調整する。すなわち、エンジンオイルの温度がさほど高くない場合には、サブ排気管１８の流量が比較的多くなるよう切換弁１６の開度を調整する。また、スロットルバルブの開度が比較的大きいとき等、比較的高い出力を得たいような場合には、メイン排気管１７の流量が比較的多くなるよう切換弁１６の開度を調整する。
【００３３】
従って、本実施形態では、切換弁１６の開度を制御して調整するだけで、エンジン１１の運転状態に適応した熱交換を排気ガスとの間で行ってエンジンオイルの温度を好適に調整することができる。すなわち、エンジン１１の運転状態に関わりなく、排気ガスの熱を利用してエンジンオイルの温度を所定の温度範囲内におさまるように保持することが可能となる。
【００３４】
さらに、本実施形態では、上記作用効果が得られるのに加えて、触媒コンバータ１５が分岐部たる切換弁１６よりも上流側に設けられている。このため、エンジンオイルの昇温よりもまずは触媒コンバータ１５の触媒の暖機が優先されることとなる。つまり、切換弁１６の調整に関わらず、触媒が暖機されることとなるため、熱交換器１９を通過する排気ガス流量を考慮することなく、触媒の暖機促進が図られる。
【００３５】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図４を参照しつつ説明する。上記第１実施形態では、触媒コンバータ１５を切換弁１６の上流側に設ける構成を採用しているが、本第２実施形態では、触媒コンバータ３５を切換弁１６（分岐部）の下流側におけるメイン排気管１７の途中に設けることとしている。換言すれば、触媒コンバータ３５は、分岐部及び合流部間におけるメイン排気管１７の途中に設けられている。
【００３６】
このような構成下、エンジン１１の冷間始動時においては、制御装置は、メイン排気管１７及びサブ排気管１８双方を例えば５０％ずつ排気ガスが流れるよう前記切換弁１６を制御する（切換弁１６の開度５０％）。これにより、メイン排気管１７を流れる排気ガスによって、冷間始動時における触媒コンバータ３５の触媒の暖機が促進されるとともに、サブ排気管１８を流れる排気ガスによって、熱交換器１９での吸熱も促進される。つまり、冷間始動時には、触媒の暖機促進及びエンジンオイルの加熱促進双方を図ることができる。
【００３７】
また、エンジン１１の高回転時においては、制御装置は、メイン排気管１７及びサブ排気管１８双方を例えば５０％ずつ排気ガスが流れるよう前記切換弁１６を制御する（切換弁１６の開度５０％）。このため、排気ガスがメイン排気管１７を流れる分だけ、エンジンオイルの昇温を抑制でき、高回転時におけるエンジンオイルの過熱（オーバーヒート）を防止できる。また一方で、排気ガスはサブ排気管１８をも流れるため、全ての排気ガスがメイン排気管１７のみを流れる場合に比べて、高回転時における触媒の過熱（オーバーヒート）を抑制することができる。結果として触媒の製品寿命の長期化を図ることができる。
【００３８】
なお、特に限定されるものではないが、制御装置は、通常運転中においては、切換弁１６の開度を例えば２０％〜８０％の範囲で適宜調整する。この点は、上述した第１実施形態と同様である。
【００３９】
従って、本第２実施形態においても、切換弁１６の開度を制御して調整するだけで、エンジン１１の運転状態に適応した熱交換を排気ガスとの間で行ってエンジンオイルの温度を好適に調整することができる。すなわち、エンジン１１の運転状態に関わりなく、排気ガスの熱を利用してエンジンオイルの温度を所定の温度範囲内におさまるように保持することが可能となる。
【００４０】
さらに、本実施形態では、上記作用効果が得られるのに加えて、切換弁１６を制御するだけで、熱交換器１９を通過する排気ガス流量のみならず、触媒コンバータ３５を通過する排気ガス流量をも併せて調整することができる。従って、そのときどきのエンジン１１の運転状態に応じて切換弁１６の調整を行うことで、エンジンオイルの加熱のみならず触媒の暖機の具合をも併せて調整することができるというメリットがある。
【００４１】
尚、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。
【００４２】
（ａ）触媒コンバータ１５，３５の位置や個数は、必ずしも上記各実施形態に限定されるものではない。例えば、合流部よりも下流側の排気管２１の途中に触媒コンバータを設けることとしてもよい。また、複数の触媒コンバータや触媒を設けることとしてもよい。
【００４３】
（ｂ）吸熱媒体としては、必ずしもエンジンオイルに限られるものではない。例えば、他のオイルを採用してもよいし、エンジン冷却水を採用してもよい。
【００４４】
（ｃ）上記各実施形態における熱交換器１９の構成はあくまでも一例に過ぎないものであって、例えば本体部内においてサブ排気管１８を複数本に分岐させてエンジンオイルとの接触面積を高めるよう構成されてなる熱交換器等、他の構成を具備する熱交換器を用いることとしてもよい。
【００４５】
（ｄ）上記各実施形態では、メイン排気管１７よりもサブ排気管１８の方が小径に構成されているが、同径であってもよいし、サブ排気管１８の方が大径に構成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】第１実施形態におけるエンジンの熱交換システムを模式的に示す斜視図である。
【図２】熱交換器の構成を模式的に示す部分斜視図である。
【図３】熱交換器の構成を示す部分断面図である。
【図４】第２実施形態におけるエンジンの熱交換システムを模式的に示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４７】
１１…エンジン、１４…排気マニホールド、１５，３５…触媒コンバータ、１６…調整弁としての切換弁、１７…第１排気通路を構成するメイン排気管、１８…第２排気通路としてのサブ排気管、１９…熱交換手段としての熱交換器、２１…第１排気通路を構成しうる排気管。
【図１】
2005226474.tif 000003
【図２】
2005226474.tif 000004
【図３】
2005226474.tif 000005
【図４】
2005226474.tif 000006