(57)【要約】【課題】内燃機関の回転速度が低い場合であっても、インテークマニホールド内の底部付近に溜まる潤滑油の量を抑制できるようにした内燃機関を提供する。【解決手段】ペルチェ素子６０に所定方向の電流を流すと、ペルチェ素子６０の第１面６０ａが発熱し、第２面６０ｂが吸熱する。ペルチェ素子６０の第１面６０ａには、高熱伝導性グリス５０を介してインテークマニホールド１８の外壁側底面１８ａが接触配置されており、第２面６０ｂには、インタークーラ１４に接触された高熱伝導部材５２が接触している。内燃機関１０の回転速度ＮＥが所定速度未満である場合、ペルチェ素子６０に所定方向の電流を流す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油による潤滑が行われる内燃機関において、
所定方向の電流を流すことにより高温となる第１面および低温となる第２面を備えたペルチェ素子と、
前記内燃機関のクランク軸の回転速度が所定速度未満である場合、前記ペルチェ素子に前記所定方向の電流を流すことによって前記ペルチェ素子を駆動する駆動部と、を備え、
前記第１面には、前記内燃機関のインテークマニホールドのうち車両の上下方向下方に位置する底部の外壁が接続され、
前記第２面には、冷却対象が接続されていることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑油による潤滑が行われる内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特許文献１には、インタークーラ内に溜まった内燃機関の潤滑油の滞留量に応じてインタークーラ内を通過する空気量を制御する制御装置が記載されている。詳しくは、滞留量が多い場合に、ＥＧＲバルブの開口度を絞ってインタークーラ内を通過する空気量を増やすことによって、空気が潤滑油を持ち去る量を増加させ、ひいては滞留量を減少させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７０７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ただし、上記装置の場合、内燃機関のクランク軸の回転速度が低い領域においては、ＥＧＲバルブの開口度を絞ったところで、インタークーラ内を通過する空気量を増加させることが困難であるため、滞留量を減少させることができないおそれがある。
【０００５】
一方、内燃機関１０の吸気通路のうち潤滑油が溜まりやすい個所としては、インタークーラに加えて、インテークマニホールドがあることが発明者によって見出されているが、インテークマニホールド内の底部付近に溜まった潤滑油についても、上記装置では低回転速度領域において減少させることが困難である。
【０００６】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の回転速度が低い場合であっても、インテークマニホールド内の底部付近に溜まる潤滑油の量を抑制できるようにした内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決すべく、潤滑油による潤滑が行われる内燃機関において、所定方向の電流を流すことにより高温となる第１面および低温となる第２面を備えたペルチェ素子と、前記内燃機関のクランク軸の回転速度が所定速度未満である場合、前記ペルチェ素子に前記所定方向の電流を流すことによって前記ペルチェ素子を駆動する駆動部と、を備え、前記第１面には、前記内燃機関のインテークマニホールドのうち車両の上下方向下方に位置する底部の外壁が接続され、前記第２面には、冷却対象が接続されている。
【０００８】
上記構成では、クランク軸の回転速度が所定速度未満である場合、ペルチェ素子に所定方向の電流を流して冷却対象の熱をインテークマニホールドの底部の外壁側に与えつつ底部を外壁側から加熱する。これにより、インテークマニホールド内の底部付近に溜まった潤滑油の温度を上昇させてその粘性を低下させることができる。潤滑油の粘性が低下すると、インテークマニホールド内を流れる空気の流速が低くても、潤滑油を燃焼室側に流動させやすくなる。このため、内燃機関の回転速度が低い場合であっても、インテークマニホールド内の底部付近に溜まる潤滑油の量を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態にかかる内燃機関の構成を示す図。
【図２】同実施形態にかかるペルチェ素子の駆動処理の手順を示す流れ図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、内燃機関にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す内燃機関１０は、本実施形態にかかる車両の駆動輪に動力を付与する唯一の原動機である。内燃機関１０の吸気通路１２のうち過給機１３の下流には、冷却水との熱交換によって内部の流体（吸気）を冷却するインタークーラ１４が設けられており、インタークーラ１４の下流には、スロットルバルブ１６が設けられている。吸気通路１２の下流は、インテークマニホールド１８によって分岐している。そして、吸気通路１２に吸入された吸気は、インテークマニホールド１８によって分岐した後、各気筒の吸気バルブ２０の開動作に伴って、シリンダ２２およびピストン２４によって区画される燃焼室２６に吸入される。燃焼室２６において、燃料と空気との混合気が燃焼に供された後、排気バルブ３０の開動作に伴って、排気として排気通路３２に排出される。
【００１１】
吸気通路１２のうち、スロットルバルブ１６の下流であってインテークマニホールド１８の上流には、クランクケース４０に連通するブローバイガス通路４２が接続されている。ブローバイガス通路４２は、シリンダ２２内壁とピストン２４との摺動面の隙間を介して燃焼室２６からクランクケース４０内に漏れ出たブローバイガスを吸気通路１２に排出するための通路である。
【００１２】
図１には、インテークマニホールド１８の斜視図および断面図を、車両の上下方向上方Ｕおよび下方Ｄの各記号とともに示している。ここで、インテークマニホールド１８は、樹脂製である。図１に示すように、インテークマニホールド１８のうち車両の下方Ｄ側に位置する底部の外壁（底部外壁１８ａ）には、高熱伝導性グリス５０を介してペルチェ素子６０の第１面６０ａが接触しており、ペルチェ素子６０の第２面６０ｂには、たとえばアルミニウムや銅等、高い熱伝導性を有した熱伝導性部材５２が接触している。この熱伝導性部材５２は、たとえば熱伝導性グリス等を介してインタークーラ１４に接触しているものである。すなわち、第２面６０ｂは、インタークーラ１４に接続されている。ここで、「部材Ａと部材Ｂとが接続している」とは、部材Ａと部材Ｂとが接触して熱伝達が可能な状態となっているか、部材Ａと部材Ｂとの双方が共通の熱伝達媒体に接触して熱伝導が可能となっていることとする。なお、ペルチェ素子６０の第１面６０ａは、ペルチェ素子６０に所定方向の電流を流したときに発熱する面であり、第２面６０ｂは、ペルチェ素子６０に所定方向の電流を流したときに吸熱する面である。
【００１３】
ペルチェ素子６０には、ペルチェ素子６０を通電する駆動回路７０が接続されている。駆動回路７０は、たとえば１２Ｖ程度の端子電圧を有した鉛蓄電池等のバッテリ７２の電力をペルチェ素子６０に供給する回路である。
【００１４】
制御装置８０は、内燃機関１０を制御対象とし、その制御量（トルク、排気成分）を制御すべく、各種アクチュエータを操作する。制御装置８０は、また、駆動回路７０に、操作信号ＭＳを出力することによって、ペルチェ素子６０の駆動を制御する。制御装置８０は、ＣＰＵ８２およびメモリ８４を備えており、メモリ８４に記憶されたプログラムをＣＰＵ８２が実行することにより、上記各種制御を実行する。この際、制御装置８０は、回転速度センサ９０によって検出される内燃機関１０のクランク軸の回転速度ＮＥや、温度センサ９２によって検出される第１面６０ａ側の温度ＴＨを参照する。
【００１５】
図２に、ペルチェ素子６０の駆動制御の処理手順を示す。図２に示す処理は、メモリ８４に記憶されたプログラムをＣＰＵ８２が実行することによって実現される。図２に示す処理は、たとえば所定周期で繰り返し実行される。
【００１６】
図２に示す一連の処理において、ＣＰＵ８２は、まず、内燃機関１０の駆動中であるか否かを判定する（Ｓ１０）。そして、ＣＰＵ８２は、駆動中であると判定する場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、回転速度ＮＥを取得する（Ｓ１２）。そして、ＣＰＵ８２は、回転速度ＮＥが所定速度ＮＥｔｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ１４）。この処理は、インテークマニホールド１８内の底部（図１に示す底部内壁１８ｂ）付近に、内燃機関１０の潤滑油が溜まっているか否かを判定するための処理である。ここで、底部内壁１８ｂ付近に溜まる潤滑油には、ブローバイガス通路４２を介してクランクケース４０内から流入したものや、燃焼室２６側から流入したもの、過給機１３から流入したものがある。ここで、回転速度ＮＥが高い場合には、インテークマニホールド１８内における新気等の流体の流速が高くなることから、底部内壁１８ｂ付近に潤滑油が溜まりにくいのに対し、回転速度ＮＥが低い場合には、上記流速が低くなることから、底部内壁１８ｂ付近に潤滑油が溜まりやすい。なお、所定速度ＮＥｔｈは、内燃機関１０の仕様毎に、潤滑油が溜まりやすい回転速度を予め実験等によって決定しておく。
【００１７】
そしてＣＰＵ８２は、所定速度ＮＥｔｈ未満であると判定する場合（Ｓ１４：ＮＯ）、ペルチェ素子６０の温度ＴＨを取得する（Ｓ１６）。そしてＣＰＵ８２は、インテークマニホールド１８の底部外壁１８ａを加熱するために、ペルチェ素子６０に所定方向の電流を流しつつ、温度ＴＨを目標温度ＴＨ＊にフィードバック制御すべく駆動回路７０に操作信号ＭＳを出力する（Ｓ１８）。ここで、目標温度ＴＨ＊は、底部内壁１８ｂ付近に溜まった潤滑油の粘性を低下させ、底部内壁１８ｂ付近に溜まった潤滑油の量を減少させるうえで適切な温度に設定される。ただし、目標温度ＴＨ＊は、樹脂製であるインテークマニホールド１８が変形することがない温度に設定される。
【００１８】
一方、ＣＰＵ８２は、所定速度ＮＥｔｈ以上であると判定する場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ペルチェ素子６０の通電を停止する（Ｓ２０）。
なお、ＣＰＵ８２は、ステップＳ１８，Ｓ２０の処理が完了する場合や、ステップＳ１０において否定判定する場合には、図２に示す一連の処理を一旦終了する。
【００１９】
ここで、本実施形態の作用を説明する。
ＣＰＵ８２は、内燃機関１０の低回転運転時において、ペルチェ素子６０を通電制御する。これにより、インタークーラ１４から熱伝導性部材５２に伝達された熱がペルチェ素子６０の第２面６０ｂから吸熱される一方、インテークマニホールド１８の底部外壁１８ａがペルチェ素子６０の第１面６０ａの熱によって加熱される。これにより、底部内壁１８ｂ付近に溜まった潤滑油にペルチェ素子６０の熱が加わり、底部内壁１８ｂ付近に溜まった潤滑油の温度が上昇し、粘性が低下する。そして、底部内壁１８ｂ付近に溜まった潤滑油は、その粘性が低下することにより、インテークマニホールド１８内における新気等の流体の流速が低い場合であっても、粘性が高いときよりも燃焼室２６側に流出しやすくなる。これにより、底部内壁１８ｂ付近に溜まる潤滑油の量を抑制することができる。
【００２０】
以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する効果が得られる。
（１）ペルチェ素子６０の冷却対象を、インタークーラ１４とした。この場合、インタークーラ１４内の気体を冷却することにより、燃焼室２６内への充填効率が向上し、内燃機関１０の出力を向上させることができる。また、インタークーラ１４内の気体を冷却することにより、燃焼室２６内に充填される気体の温度が低下することから、ノッキングを抑制することもできる。
【００２１】
（２）ペルチェ素子６０と底部外壁１８ａとを直接接触させる場合、インテークマニホールド１８の底部外壁１８ａの凹凸に起因して、ペルチェ素子６０と底部外壁１８ａとの接触面積が小さくなり、ひいてはペルチェ素子６０から底部外壁１８ａへの熱の伝達性能を高めることが困難となる。これに対し、本実施形態では、高熱伝導性グリス５０を介してペルチェ素子６０をインテークマニホールド１８の底部外壁１８ａに接触させることにより、底部外壁１８ａと高熱伝導性グリス５０との接触面積および高熱伝導性グリス５０とペルチェ素子６０の第１面６０ａとの接触面積を確保することができる。このため、ペルチェ素子６０の熱の底部外壁１８ａへの伝達性能を高めることができる。
【００２２】
＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも１つを、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、ペルチェ素子６０を、インテークマニホールド１８の底部外壁１８ａに対応した面積を有した単一の素子としたが、これに限らない。たとえば、各気筒に対応する部分毎に、それぞれ別個のペルチェ素子６０を備えてもよい。
【００２３】
・冷却対象としては、インタークーラ１４に限らない。たとえば、制御装置８０であってもよい。なお、制御装置８０とする場合、ペルチェ素子６０の第２面６０ｂに、高熱伝導性グリスを介して制御装置８０を接触させることが望ましい。またたとえば、ハイブリッド車における回転電機に接続されたインバータであってもよい。ちなみに、冷却対象と第２面６０ｂとの間に熱伝導性部材５２を介在させることは必須ではない。
【００２４】
・ペルチェ素子の駆動回路としては、バッテリ７２を電源とするものに限らない。たとえば、内燃機関１０のクランク軸の動力を電気エネルギに変換するオルタネータであってもよい。またたとえば、ハイブリッド車の高電圧バッテリの電圧を降圧して、制御装置等に電力を供給する低電圧バッテリに印加するＤＣＤＣコンバータを電源とするものであってもよい。
【００２５】
・ペルチェ素子６０を駆動する条件としては、回転速度ＮＥが所定速度ＮＥｔｈ未満である条件に限らない。たとえば、回転速度ＮＥが所定速度ＮＥｔｈ未満である場合にインテークマニホールド１８の底部外壁１８ａを加熱することに加えて、回転速度ＮＥが所定速度ＮＥｔｈ以上である場合には、インタークーラ１４内の空気を冷却するために、ペルチェ素子６０を駆動してもよい。なお、この場合、インテークマニホールド１８の底部内壁１８ｂ付近に潤滑油が溜まっていないなら、潤滑油が溜まっている場合と比較してインテークマニホールド１８において空気が加熱されやすくなる可能性がある。ただし、たとえばインタークーラ１４の内周面の全体が冷却される状態とする一方、インテークマニホールド１８の底部内壁１８ｂ付近のみが加熱される状態とするなら、ペルチェ素子６０の駆動によってインタークーラ１４内において空気から奪われる熱量よりもインテークマニホールド１８内において空気に与えられる熱量の方が少なくなりうる。そして、これにより、内燃機関１０の燃焼室２６に吸入される空気の冷却効果を得ることができる。
【００２６】
・たとえば駆動輪に動力を付与する唯一の原動機が内燃機関１０である車両において、ペルチェ素子６０の第２面６０ｂに、空冷によって冷却される制御装置８０等を接触させ、内燃機関１０の回転速度ＮＥが所定速度ＮＥｔｈを超える高回転速度となる場合、ペルチェ素子６０に所定方向とは逆方向の電流を流して第１面６０ａを吸熱側としてもよい。これにより、空冷による制御装置８０の冷却能力が不足する低回転速度領域においては、ペルチェ素子６０によって制御装置８０を冷却することができる。一方、回転速度ＮＥが所定速度ＮＥｔｈを超える高回転速度となる場合、ペルチェ素子６０のインテークマニホールド１８内の空気を冷却して、ノッキングの抑制や充填効率の向上を図ることができる。そして、制御装置８０については、内燃機関１０の回転速度ＮＥが高まることにより、車両の走行速度が高まり、制御装置８０に吹き付ける空気量が増加するため、ペルチェ素子６０による加熱を空冷による冷却によって補償することができる。
【００２７】
・上記実施形態では、ペルチェ素子６０の第１面６０ａの温度ＴＨを、温度センサ９２によって検出したが、これに限らない。たとえば、ペルチェ素子６０を流れる電流を入力変数とし、温度を出力変数とするマップをメモリ８４に記憶しておき、ＣＰＵ８２がペルチェ素子６０の電流の検出値を取得してこれに基づき温度をマップ演算してもよい。なお、ここで、マップとは、入力変数の離散的な値のそれぞれと、対応する出力変数の値との組となるデータである。また、たとえば、ペルチェ素子６０に対する印加電圧と温度との関係を定めておき、温度を制御するための開ループ操作量を印加電圧として、印加電圧を操作してもよい。
【００２８】
・駆動部としては、制御装置８０および制御装置８０の操作信号ＭＳによって操作される駆動回路７０からなるものに限らない。たとえば、制御装置８０および駆動回路７０を一体的に構成してもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１０…内燃機関、１２…吸気通路、１３…過給機、１４…インタークーラ、１６…スロットルバルブ、１８…インテークマニホールド、１８ａ…底部外壁、１８ｂ…底部内壁、２０…吸気バルブ、２２…シリンダ、２４…ピストン、２６…燃焼室、３０…排気バルブ、３２…排気通路、４０…クランクケース、４２…ブローバイガス通路、５０…高熱伝導性グリス、５２…熱伝導性部材、６０…ペルチェ素子、７０…駆動回路、７２…バッテリ、８０…制御装置、８２…ＣＰＵ、８４…メモリ、９０…回転速度センサ、９２…温度センサ。
【図１】
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【図２】
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