WO2011058650A1

WO2011058650A1 - 内燃機関の潤滑システム

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Publication number: WO2011058650A1
Application number: PCT/JP2009/069381
Authority: WO
Inventors: 勇一島崎; 太長根　嘉紀; 琢也平井
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2011-05-19
Also published as: US20130042825A1; EP2500535A1; CN102713175A; JP5293835B2; JPWO2011058650A1; EP2500535A4

Abstract

　本発明は、内燃機関が冷間状態にあるときに該内燃機関のフリクションを好適に低減し、燃料消費量の低減や排気エミッションの低減を図ることを目的とする。この目的を達成するために、本発明の内燃機関の潤滑システムは、内燃機関の潤滑油と熱交換可能な発電機を備え、潤滑油の温度が目標温度より低いときは発電機の発電量を増加させるようにした。この内燃機関の潤滑システムによれば、発電機が発生する熱によって潤滑油を速やかに目標温度まで上昇させることが可能となる。

Description

内燃機関の潤滑システム

　本発明は、内燃機関の潤滑システムに関し、特に発電機が発生する熱を利用して内燃機関の潤滑油を暖めるシステムに関する。

　特許文献１には、内燃機関の潤滑油を暖める技術として、潤滑油の経路にヒータを備えたものが開示されている。

　特許文献２には、水冷式のオイルクーラと、該オイルクーラを迂回して潤滑油を流すためのバイパス通路と、オイルクーラ及びバイパス通路の潤滑油の流量を調整する電磁弁と、を備え、潤滑油の温度が限界油温より高いとき、及び潤滑油の温度が水温より低いときは、潤滑油がオイルクーラを流れるように電磁弁を制御する技術が開示されている。

　特許文献３には、オルタネータと、オルタネータを包囲するハウジングと、ハウジング内に設けられてオルタネータを水冷する冷却機構と、を備えた水冷式のオルタネータが開示されている。

　特許文献４には、内燃機関の作動温度が低いときは、冷却水がオルタネータとエンジンを経由して流れる技術が開示されている。

　特許文献５には、電気エネルギを利用して内燃機関の潤滑油を加熱する電気式ヒータを備え、潤滑油の温度が低く且つ内燃機関が減速状態にあるときに、オルタネータにより発電された余剰電力により電気式ヒータを作動させる技術が開示されている。

特開平１０－１３１７３２号公報実開昭６１－１２９１８号公報実開平２－１３９４６４号公報特開２００８－１９０５３３号公報特開２００４－２７０６１８号公報

　本発明は、内燃機関が冷間状態にあるときに該内燃機関のフリクションを好適に低減し、燃料消費量の低減や排気エミッションの低減を図ることを目的とする。

　本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、内燃機関の潤滑油と熱交換可能な発電機を備え、発電機が発生する熱により潤滑油を加熱することにより、発電機の過熱抑制と内燃機関のフリクション低減を図るようにした。

　詳細には、本発明の内燃機関の潤滑システムは、
　潤滑油が循環する内燃機関と、
　前記内燃機関の潤滑油と熱交換可能な発電機と、
　前記発電機が発生した熱により潤滑油を昇温させるとともに、昇温後の潤滑油を前記内燃機関へ供給する制御手段と、
を備えるようにした。

　内燃機関が冷間状態にある場合等は、潤滑油の温度が低くなる。潤滑油は、温度が低いときに粘度が高くなる特性を有する。このため、内燃機関の摺動部においてフリクションが大きくなったり、オイルポンプの負荷が高くなったりする。

　一方、発電機は、温度が高いときに発電効率が低下する特性を有する。このため、発電機の温度が高くなると、発電機の駆動に消費される機関出力が多くなる可能性がある。

　これに対し、内燃機関の冷却水と発電機との間で熱交換する方法が考えられる。この方法によると、発電機の発生した熱を冷却水へ伝達させることができる。その結果、発電機の過熱を抑制したり、冷却水を昇温させたりすることができる。

　しかしながら、上記した方法により冷却水の温度が高められても、潤滑油の温度が速やかに上昇しないため、内燃機関の摺動部においてフリクションが大きくなったり、オイルポンプの負荷が高くなったりするという問題を解決することはできない。

　また、電気式のオイルヒータにより内燃機関の潤滑油を加熱する方法も考えられるが、オイルヒータを作動させるために発電機が作動すると、発電機の温度が上昇して発電効率が低下し、発電機の駆動に消費される機関出力が多くなる問題がある。

　そこで、本発明の内燃機関の潤滑システムは、内燃機関の潤滑油と直に熱交換することができるように発電機を構成し、発電機が発生した熱により潤滑油を昇温させるとともに、昇温後の潤滑油を内燃機関へ供給するようにした。

　かかる発明によると、潤滑油の速やかな昇温と発電機の過熱抑制とを両立することができる。その結果、内燃機関のフリクションやオイルポンプの負荷を好適に低下させることができる。内燃機関のフリクションやオイルポンプの負荷が低下すると、燃料消費量の増加や排気エミッションの増加を抑制することも可能になる。

　本発明において、制御手段は、潤滑油の温度が低いときは高いときに比べ、発電機の発電量を多くするようにしてもよい。このような制御方法によると、潤滑油の温度を速やかに適温まで上昇させることができる。また、このような制御方法によると、発電機の発熱量が増加するものの、発電機の熱が潤滑油へ伝達されるため発電機の過昇温を回避することができる。

　なお、制御手段は、潤滑油の温度が予め定められた目標温度より低いことを条件に、発電機の発電量を増加させるようにしてもよい。ここでいう目標温度としては、内燃機関の暖機完了時における油温と同等の温度を用いることができる。

　制御手段は、内燃機関の負荷（要求トルク）が予め定められた基準負荷より高くなったときは、発電機の発電量の増加を中止するようにしてもよい。内燃機関の負荷が高いときに発電機の発電量が増加されていると、内燃機関の発生トルクが要求トルクに達しない可能性がある。そのため、内燃機関を搭載した車両の運転者がアクセル開度を一層増加させる可能性がある。その結果、内燃機関の燃料消費量が増加する可能性がある。

　これに対し、内燃機関の負荷が基準負荷より高いときに発電機の発電量の増加が中止されると、上記したような燃料消費量の増加を回避することができる。なお、内燃機関の負荷が高くなると、内燃機関の発熱量が増加する。そのため、潤滑油は、内燃機関の熱を受けて速やかに上昇する。

　したがって、内燃機関の負荷が基準負荷より高いときに発電機の発電量の増加が中止されると、潤滑油の昇温を妨げることなく、燃料消費量の増加を抑制することができる。

　制御手段は、発電機から給電される電気回路の許容給電量に対して発電機の発電量が多くなる場合は、発電機の発電量の増加を中止してもよい。その場合、電気回路に対して過剰な電力が供給される事態を回避することができる。なお、内燃機関の潤滑システムが電気エネルギを利用して潤滑油を加熱するヒータを備えている場合は、発電機により発電された余剰の電力によってヒータを作動させるようにしてもよい。その場合、発電機が発生する熱とヒータが発生する熱とによって潤滑油の昇温が一層促進される。

　ところで、発電機は比較的大きな熱容量を有している。そのため、発電機の温度が低いとき、特に発電機の温度が潤滑油の温度より低いときに発電機と潤滑油との間で熱交換が行われると、潤滑油の温度上昇速度が却って低下する可能性がある。

　そこで、本発明の制御手段は、発電機の温度が潤滑油の温度より低くなる期間は、発電機と熱交換される潤滑油の量を減少させるようにしてもよい。ここでいう「減少」は、発電機と熱交換される潤滑油の量が零となる場合も含むものとする。

　このように発電機と熱交換される潤滑油の量が制限されると、潤滑油の熱が発電機に奪われる事態を回避することができる。なお、発電機の温度が潤滑油の温度より低くなる期間としては、内燃機関の始動時から所定時間が経過するまでの期間を例示することができる。

　内燃機関の始動中および／または始動直後は、発電機が殆ど発電しないため、発電機の温度は殆ど上昇しない。これに対し、潤滑油は、内燃機関で発生する圧縮熱や燃焼熱を受けて少なからず上昇する。よって、内燃機関の始動中および／または始動直後は、発電機の温度が潤滑油の温度より低くなる。

　ただし、上記したように発電機の発電量が増加されると、発電機の温度上昇速度が潤滑油の温度上昇速度より高くなる。そのため、内燃機関の始動時から所定時間が経過すると、発電機の温度が潤滑油の温度より高くなる。

　ここで、前記した所定時間は、予め実験等を利用した適合作業により求めておくことができる。また、前記した所定時間は、内燃機関の始動時における発電機の温度が高いときより低いときの方が長くなるように設定されてもよい。すなわち、前記した所定時間は、内燃機関の始動時における発電機の温度に応じて変更（補正）されてもよい。

　また、発電機と熱交換される潤滑油の量を減少させる方法としては、発電機を迂回して潤滑油を流通させるバイパス経路と、発電機を経由する潤滑油の量に対してバイパス経路を流れる潤滑油の量の比率を変更する流量調整機構と、を潤滑システムに追加し、発電機と熱交換される潤滑油の量が減少するように流量調整機構を制御する方法を例示することができる。

　本発明によれば、発電機が発生する熱を利用して内燃機関のフリクションを低減することができる。その結果、内燃機関の燃料消費量の低減や排気エミッションの低減を図ることも可能となる。

第１の実施例における内燃機関の潤滑システムの概略構成を示す図である。オイルクーラの概略構成を示す図である。第１の実施例における油温制御ルーチンを示すフローチャートである。第２の実施例における油温制御ルーチンを示すフローチャートである。第２の実施例において内燃機関の潤滑システムの他の構成例を示す図である。第３の実施例における内燃機関の潤滑システムの概略構成を示す図である。第３の実施例における油温制御ルーチンを示すフローチャートである。第４の実施例における内燃機関の潤滑システムの概略構成を示す図である。第４の実施例における油温制御ルーチンを示すフローチャートである。

　以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

　＜実施例１＞
　先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図３に基づいて説明する。図１は、内燃機関の潤滑システムの概略構成を示す図である。図１において、内燃機関の潤滑システムは、内燃機関１の潤滑油としてのオイルを貯蔵するためのオイル貯蔵タンク２を備えている。オイル貯蔵タンク２は、内燃機関１の下部に取り付けられたオイルパンであってもよく、内燃機関１から分離して配置されるタンクであってもよい。

　オイル貯蔵タンク２に貯蔵されたオイルは、オイルポンプ３によって吸い上げられ、内燃機関１へ向けて吐出される。オイルポンプ３から吐出されたオイルは、オイルフィルタ４、オイルクーラ５、オルタネータ６を順次経由して内燃機関１に供給される。内燃機関１に供給されたオイルは、図示しない油路を経由した後にオイル貯蔵タンク２へ戻るようになっている。

　ここで、前記したオイルポンプ３は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）とベルト又はギアを介して連結され、クランクシャフトの回転エネルギにより駆動されるメカニカルポンプ、又は電動機の回転エネルギにより駆動される電動ポンプである。前記したオイルフィルタ４は、オイルに含まれる固体粒を取り除く濾過器である。

　前記したオイルクーラ５は、オイルを冷却するための熱交換器である。本実施例のオイルクーラ５は、図２に示すように、内燃機関１の冷却水とオイルとの間で熱交換を行う熱交換器５０と、熱交換器へ流入する冷却水の量を調整する流量調整弁５１と、を備えている。流量調整弁５１は、ステップモータやソレノイド等により開閉駆動される電動式の流量調整弁である。

　なお、オイルクーラ５としては、空冷式の熱交換器と、熱交換器を迂回してオイルを流すバイパス通路と、熱交換器又はバイパス通路の何れか一方へオイルを流通させる切換弁と、を備えるオイルクーラを用いてもよい。切換弁は、ステップモータやソレノイド等により開閉駆動される電動式の弁であってもよく、又はオイルの温度に応じて切換動作するサーモスタット式の弁であってもよい。

　また、オイルクーラ５の流量調整弁５１としては、オイルの温度が一定温度未満のときは閉弁（遮断）し、オイルの温度が一定温度以上のときに開弁するサーモスタット式の弁を用いることもできる。

　次に、前記したオルタネータ６は、内燃機関１の図示しない出力軸（クランクシャフト）とベルト等を介して連結され、出力軸から伝達された運動エネルギ（回転エネルギ）を電気エネルギに変換する発電機である。

　前記したオルタネータ６は、オイルと直に熱交換することができるように構成されている。オルタネータ６とオイルとの熱交換を実現する方法としては、オルタネータ６のハウジングに油路を形成することにより回転子等の熱がハウジング壁面を介してオイルへ伝達されるようにする方法、オルタネータ内部にオイルを流通又は飛散させることにより回転子（ロータ）等の熱がオイルへ伝達されるようにする方法、等を例示することができる。

　このように構成された内燃機関の潤滑システムには、内燃機関１や上記した各機器を制御するためのＥＣＵ７が併設されている。ＥＣＵ７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を含む電子制御ユニットである。

　ＥＣＵ７には、油温センサ８、水温センサ９、アクセルポジションセンサ１０等の各種センサが電気的に接続されている。油温センサ８は、内燃機関１を循環するオイルの温度を検出するセンサであり、オイルの流れ方向においてオルタネータ６より下流に配置されている。水温センサ９は、内燃機関１を循環する冷却水の温度を検出するセンサであり、冷却水の流れ方向においてオイルクーラ５より上流に配置されている。アクセルポジションセンサ１０は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に対応した電気信号を出力するセンサである。

　ＥＣＵ７は、上記した各種センサの出力信号に基づいてオイルクーラ５やオルタネータ６を電気的に制御する。たとえば、ＥＣＵ７は、図３に示す油温制御ルーチンに従ってオイルクーラ５やオルタネータ６を制御する。油温制御ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ７によって周期的に実行される。

　図３の油温制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ７は先ずＳ１０１の処理を実行する。Ｓ１０１では、ＥＣＵ７は、油温センサ８の出力信号（油温）Ｔｏｉｌや水温センサ９の出力信号（冷却水温度）Ｔｈｗを読み込む。

　Ｓ１０２では、ＥＣＵ７は、前記Ｓ１０１において読み込まれた油温Ｔｏｉｌが所定温度Ｔ１より高いか否かを判別する。所定温度Ｔ１は、オルタネータ６の発電効率が許容範囲内に収まる温度の下限値又はその下限値より若干低い温度であり、予め実験的に求められた温度である。

　前記Ｓ１０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０３へ進み、油温低減処理を実行する。具体的には、ＥＣＵ７は、オイルクーラ５の流量調整弁５１の開度を現時点より増大させる。その際、流量調整弁５１の開度の増大量は、油温Ｔｏｉｌが高いときは低いときより多くなるように設定されてもよい。

　上記したような油温低減処理が実行されると、オイルクーラ５を流通する冷却水の量が増加する。そのため、オイルクーラ５においてオイルから冷却水へ伝達される熱量が増加する。その結果、オイルクーラ５から流出するオイルの温度、言い換えればオルタネータ６へ流入するオイルの温度が低下する。よって、オルタネータ６の過熱による発電効率の低下が抑制され、オルタネータ６の駆動に消費される機関出力の増加も抑制される。

　なお、オイルポンプ３が吐出量を変更することができるように構成されている場合は、ＥＣＵ７は、前記Ｓ１０３においてオイルポンプ３の吐出量を増大させることにより、オルタネータ６からオイルへ単位時間当たりに伝達される熱量を増加させるようにしてもよい。その場合、オルタネータ６の温度を一層早く低下させることが可能となる。

　また、前記Ｓ１０２において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０４へ進む。Ｓ１０４では、ＥＣＵ７は、前記Ｓ１０１で読み込まれた油温Ｔｏｉｌが所定温度Ｔ２より低いか否かを判別する。所定温度Ｔ２は、前記した所定温度Ｔ１より低い温度であって、内燃機関１の暖機完了時における油温より低く設定される温度である。

　前記Ｓ１０３において否定判定された場合（Ｔｏｉｌ≧Ｔ２）は、ＥＣＵ７は、本ルーチンの実行を終了する。一方、前記Ｓ１０３において肯定判定された場合（Ｔｏｉｌ＜Ｔ２）は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０５以降において油温上昇処理を実行する。

　油温上昇処理では、ＥＣＵ７は、先ずＳ１０５において前記Ｓ１０１で読み込まれた油温Ｔｏｉｌと冷却水温度Ｔｈｗとを比較する。すなわち、ＥＣＵ１７は、油温Ｔｏｉｌが冷却水温度Ｔｈｗ以上であるか否かを判別する。Ｓ１０５において肯定判定された場合（Ｔｏｉｌ≧Ｔｈｗ）は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０６へ進む。

　Ｓ１０６では、ＥＣＵ７は、オイルクーラ５の流量調整弁５１の開度を現時点より減少（好ましくは全閉）させる。続いて、ＥＣＵ７は、Ｓ１０７へ進み、オルタネータ６の発電量を増加させる。その際の増加量は、油温Ｔｏｉｌが低いときは高いときより多くなるように設定されてもよい。

　このようにＳ１０６，Ｓ１０７の処理が実行されると、オイルクーラ５においてオイルから冷却水へ伝達される熱量が減少する。このため、オイルの温度低下が抑制される。さらに、オルタネータ６の発熱量が増加するため、オルタネータ６からオイルへ伝達される熱量が増加する。その結果、内燃機関１へ流入するオイルの温度が速やかに上昇し、それに伴ってオイルの粘性も低下する。よって、内燃機関１のフリクションロスが低減されるとともに、オイルポンプの負荷が低減される。

　また、前記Ｓ１０５において否定判定された場合（Ｔｏｉｌ＜Ｔｈｗ）は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０８へ進む。Ｓ１０８では、オイルクーラ５の流量調整弁５１の開度を現時点より増大させる。続いて、ＥＣＵ７は、Ｓ１０７へ進み、オルタネータ６の発電量を増加させる。

　このようにＳ１０８，Ｓ１０７の処理が実行されると、オイルクーラ５において冷却水の熱がオイルへ伝達されるとともに、オルタネータ６の熱がオイルへ伝達される。すなわち、オイルは、オルタネータ６の熱に加え、冷却水の熱も受けることになる。その結果、オイルの温度が一層速やかに上昇するようになる。

　なお、オイルポンプ３が吐出量を変更することができるよに構成されている場合は、ＥＣＵ７は、前記Ｓ１０６又はＳ１０８においてオイルポンプ３の吐出量を現時点より減少させるようにしてもよい。その場合、単位量当たりのオイルがオルタネータ６や冷却水から受ける熱量が増加する。その結果、オイルの温度が一層速やかに上昇するようになる。

　また、上記した油温上昇処理は、オイルの温度が所定温度Ｔ２まで上昇したとき、あるいはオイルの温度と所定温度Ｔ２との差が許容範囲内に収まったときに終了されてもよい。

　以上述べたようにＥＣＵ７が図３の油温制御ルーチンを実行することにより、本発明に係わる制御手段が実現される。よって、内燃機関１が冷間状態にあるときにオルタネータ６が発生する熱を利用して内燃機関１のフリクションを低減させることができる。その結果、燃料消費量の低減や排気エミッションの低減を図ることも可能となる。

　＜実施例２＞
　次に、本発明に係わる内燃機関の潤滑システムの第２の実施例について図４に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

　前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、内燃機関１の負荷に応じて油温上昇処理の実行方法を変更する点にある。すなわち、前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、内燃機関１の負荷が低いときは前述した第１の実施例と同様にオルタネータ６の発熱量を増加させるが、内燃機関１の負荷が高いときはオルタネータ６の発熱量が増加させずにオイルの昇温を図る点にある。

　図４は、本実施例における油温制御ルーチンを示すフローチャートである。図４において、前述した第１の実施例の油温制御ルーチン（図３を参照）と同様の処理には同一の符号が付されている。

　図４の油温制御ルーチンでは、Ｓ１０６又はＳ１０８の処理が実行された後にＳ２０１が実行されるようになっている。Ｓ２０１では、ＥＣＵ７は、内燃機関１の負荷（機関負荷）が所定負荷以下であるか否かを判別する。ここでいう機関負荷としては、アクセルポジションセンサ１０の出力信号（アクセル開度）と機関回転数とをパラメータとして決定される数値を用いてもよく、又はアクセル開度を用いてもよい。また、所定負荷は、内燃機関１が発生する熱によりオイルが速やかに昇温し得るとみなすことができる機関負荷であり、予め実験等を用いた適合作業により求められている。

　前記Ｓ２０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、前述した第１の実施例と同様にＳ１０７の処理を実行する。一方、前記Ｓ２０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０７の処理をスキップする。その場合、オイルの昇温を妨げることなく、オルタネータ６の駆動に消費される機関出力を低減することができる。よって、内燃機関１のドライバビリティ低下や燃料消費量の増加を抑制しつつオイルを昇温させることができる。

　なお、本実施例では、機関負荷が所定負荷より高いときにオルタネータ６の発電量の増加を中止する例について述べたが、オルタネータ６の発電量の増加分を蓄電池（バッテリ）への充電や車両に搭載された電気負荷（たとえば、空調装置、ワイパー、デフォッガ等）の作動によって消費しきれない場合にも、オルタネータ６の発電量の増加が中止又は減量されてもよい。

　ただし、図５に示すように、内燃機関の潤滑システムがオルタネータ６から流出したオイルを電力によって加熱するオイルヒータ１１を備えている場合には、オルタネータ６の発電量の増加分によってオイルヒータ１１を作動させるようにしてもよい。その場合、オルタネータ６が発生する熱に加えオイルヒータ１１の熱によってもオイルが暖められるため、一層速やかにオイルを昇温させることが可能となる。

　また、図５に示すような構成において、バッテリに十分な電気が蓄えられている場合は、オルタネータ６の発電量を増加させずにオイルヒータ１１を作動させてもよい。言い換えれば、バッテリに十分な電気が蓄えられていない場合（バッテリが充電可能な状態にある場合）に限り、オルタネータ６の発電量が増加されてもよい。

　このような制御によれば、オルタネータ６の駆動に消費される機関出力の増加を最小限に抑えることができるため、オルタネータ６の発電量増加に伴う燃料消費量の増加を抑制することも可能となる。

　＜実施例３＞
　次に、本発明に係わる内燃機関の潤滑システムの第３の実施例について図６及び図７に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

　前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、オルタネータ６の温度が低いときはオルタネータ６とオイルとの熱交換を禁止する点にある。すなわち、前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、オルタネータ６の温度が低いときは、オイルがオルタネータ６を迂回して流れる点にある。

　図６は、本実施例における内燃機関の潤滑システムの概略構成を示す図である。図６において、前述した第１の実施例（図１を参照）と同様の構成要素には同一の符号が付されている。

　本実施例の内燃機関の潤滑システムは、図６に示すように、オルタネータ６を迂回してオイルが流れるためのバイパス通路１２と、オルタネータ６又はバイパス通路１２の何れか一方へオイルを流す切換弁１３と、を備えている。切換弁１３は、ステップモータやソレノイド等により開閉駆動される電動式の弁であり、ＥＣＵ７によって制御される。

　オルタネータ６は比較的熱容量が大きいため、オルタネータ６の温度がオイルの温度より低いときにオイルがオルタネータ６を経由すると、オイルの熱がオルタネータ６へ伝達されてしまう。その結果、オイルの温度上昇速度が却って低下する可能性がある。

　これに対し、本実施例の内燃機関の潤滑システムによれば、オルタネータ６の温度がオイルの温度より低いときは、オルタネータ６を迂回してオイルを流すことが可能となる。したがって、オイルの温度上昇速度の低下を回避することができる。

　なお、オルタネータ６の温度がオイルの温度より低いか否かを判別する方法としては、オルタネータ６の温度を検出して油温センサ８の出力信号と比較する方法が考えられるが、本実施例では内燃機関１が始動されたときから所定時間内はオルタネータ６の温度がオイルの温度より低くなると推定する方法を用いる。

　内燃機関１が始動されるときは、オルタネータ６の温度とオイルの温度とが略同等になる。内燃機関１の始動中及び始動直後は、オイルが内燃機関１の圧縮熱や燃焼熱を受けて上昇する。一方、内燃機関１の始動中及び始動直後は、オルタネータ６が殆ど発電しないため、オルタネータ６の温度は殆ど上昇しない。その結果、内燃機関１の始動中及び始動直後は、オルタネータ６の温度よりオイルの温度が高くなり易い。

　そこで、内燃機関１の始動時（クランキング開始）からオルタネータ６の温度がオイルの温度以上となるまでに要する時間を予め実験的に求めておき、その時間を所定時間に設定するようにした。

　以下、本実施例における油温制御について図７に沿って説明する。図７は、本実施例における油温制御ルーチンを示すフローチャートである。図７において、前述した第１の実施例の油温制御ルーチン（図３を参照）と同様の処理については同一の符号が付されている。

　図７の油温制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ７は、Ｓ１０１を実行した後にＳ３０１の処理を実行する。Ｓ３０１では、ＥＣＵ７は、内燃機関１の始動時（クランキング開始時）であるか否かを判別する。

　前記Ｓ３０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０２以降の処理を実行する。一方、前記Ｓ３０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ３０２へ進む。Ｓ３０２では、ＥＣＵ７は、カウンタＣを起動させる。カウンタＣは、内燃機関１の始動時からの経過時間を計測するカウンタである。

　ＥＣＵ７は、Ｓ３０２の処理を実行した後にＳ３０３へ進む。Ｓ３０３では、ＥＣＵ７は、カウンタＣの計測時間Ｃが所定時間Ｃ１以上であるか否かを判別する。

　Ｓ３０３において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ３０５へ進む。Ｓ３０５では、ＥＣＵ７は、オルタネータ６へのオイルの流れを遮断（バイパス通路１２へのオイルの流れを許容）するように切換弁１３を制御する。この場合、オイルがオルタネータ６を経由せずに流れるため、オイルの熱がオルタネータ６に奪われる事態を回避することができる。

　なお、ＥＣＵ７は、Ｓ３０５の処理を実行する時点で内燃機関１が始動完了状態にあれば、オルタネータ６の発電量を増加させるようにしてもよい。その場合は、オルタネータ６の温度がオイルの温度より高くなる時期を早めることができる。

　次に、Ｓ３０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ３０４へ進む。Ｓ３０４では、ＥＣＵ７は、バイパス通路１２へのオイルの流れを遮断（オルタネータ６へのオイルの流れを許容）するように切換弁１３を制御する。この場合、オイルがオルタネータ６を経由して流れるため、オルタネータ６の熱をオイルへ伝達することができる。ＥＣＵ７は、Ｓ３０４の処理を実行した後にＳ１０２以降の処理を実行する。

　以上述べた実施例によれば、オルタネータ６の温度がオイルの温度より低いときに、オイルの熱がオルタネータ６に奪われることがなくなる。その結果、オイルの温度上昇速度が不要に低下する事態を回避することができる。

　なお、図７に示す油温制御ルーチンでは、Ｓ１０１の処理が実行された後にＳ３０１－Ｓ３０５の処理が実行されるが、Ｓ１０４において肯定判定された場合にＳ３０１－Ｓ３０５の処理が実行されてもよい。すなわち、オイルの温度（油温）Ｔｏｉｌが所定温度Ｔ２より低い場合に限り、Ｓ３０１－Ｓ３０５の処理が実行されてもよい。また、図７に示す油温制御ルーチンにおいて、Ｓ１０２以降の処理は、前述した第２の実施例と同様の処理に置き換えられてもよい。

　本実施例では、内燃機関１の始動時から所定時間はオルタネータ６の温度がオイルの温度より低くなると推定してオイルを迂回させる例について述べたが、オルタネータ６の温度を計測するセンサ（オルタネータ６自体の温度を計測するセンサ、又はオルタネータ６から流出するオイルの温度を計測するセンサ等）が設けられている場合には、該センサの出力信号が油温Ｔｏｉｌより低いときにオイルがオルタネータ６を迂回するようにしてもよい。また、内燃機関１の始動時からオルタネータ６が作動可能になるまでの期間において、オイルがオルタネータ６を迂回するようにしてもよい。

　本実施例では、内燃機関１の始動時から所定時間は、全てのオイルがバイパス通路１２を流れる例について述べたが、少量のオイルがオルタネータ６を流れるようにしてもよい。その際、オルタネータ６を流れるオイルの量は、一定量であってもよいが、オルタネータ６の温度とオイルの温度との差に応じて変更されてもよい。

　たとえば、オルタネータ６の温度とオイルの温度との差が大きいときは小さいときよりオルタネータ６を流れるオイルの量が多くされてもよい。なお、オルタネータ６の温度とオイルの温度との差は、内燃機関１の始動時からの経過時間が長くなるにつれて小さくなる。よって、内燃機関１の始動時からの経過時間が長いときは短いときよりオルタネータ６を流れるオイル量が多くされてもよい。

　上記したようにオルタネータ６に少量のオイルが流れるようになると、オイルの温度上昇速度を過度に低下させることなく、オルタネータ６の温度上昇速度も高めることが可能になる。
　＜実施例４＞
　次に、本実施例に係わる内燃機関の潤滑システムの第４の実施例について図８及び図９に基づいて説明する。ここでは、前述した第３の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

　前述した第３の実施例では、オルタネータ６の温度がオイルの温度より低いときは、オルタネータ６を迂回してオイルを流す例について述べた。これに対し、本実施例では、オルタネータ６の温度がオイルの温度より低いときは、オルタネータ６を迂回してオイルを流すとともに、迂回したオイルを加熱する例について述べる。

　図８は、本実施例における内燃機関の潤滑システムの概略構成を示す図である。図８において、前述した第３の実施例（図６を参照）と同様の構成要素には同一の符号が付されている。

　図８に示す内燃機関の潤滑システムは、バイパス通路１２を流れるオイルを加熱するためのオイルヒータ１１を備えている。オイルヒータ１１は、オルタネータ６により発電された電気エネルギおよび／またはバッテリ１４に蓄電された電気エネルギを熱エネルギに変換する電気式の加熱器である。

　このように構成された内燃機関の潤滑システムでは、ＥＣＵ７は、オルタネータ６の温度がオイルの温度より低いときに、オルタネータ６へのオイルの流れを遮断（バイパス通路１２へのオイルの流れを許容）するように切換弁１３を制御するとともに、オイルヒータ１１を作動させる。

　その際、ＥＣＵ７は、バッテリ１４の充電状態（ＳＯＣ）が予め定められた下限量以上であるときはバッテリ１４の電力を利用してオイルヒータ１１を作動させ、バッテリ１４の充電状態が下限量未満であるときはオルタネータ６により発電された電力によってオイルヒータ１１を作動させてもよい。また、ＥＣＵ７は、バッテリ１４の充電状態に関わらず、オルタネータ６により発電された電力を利用してオイルヒータ１１を作動させてもよい。

　ところで、内燃機関１の始動中（クランキング中）や始動直後は内燃機関１の燃焼安定性が低くなるため、オルタネータ６による発電又はオルタネータ６の発電量増加を行えない可能性がある。

　そこで、オルタネータ６による発電を行えないときはバッテリ１４の電力を利用してオイルヒータ１１を作動させ、オルタネータ６による発電が行えるようになった後はオルタネータ６により発電された電力を利用してオイルヒータ１１を作動させるようにしてもよい。

　このような方法によりオイルヒータ１１が作動されると、オイルの温度をより早い時期に所望の温度域まで昇温させることが可能になる。なお、バッテリ１４の充電量が少ないときにバッテリ１４の電力をオイルヒータ１１へ供給すると、スタータモータの作動が不安定になる可能性があるため、バッテリ１４の充電量が少ないときはバッテリ１４の電力を利用したオイルヒータ１１の作動を中止することが好ましい。

　以下、本実施例における油温制御について図９に基づいて説明する。図９は、本実施例における油温制御ルーチンを示すフローチャートである。図９において、前述した第３の実施例（図７を参照）と同様の処理には同一の符号が付されている。

　図９において、ＥＣＵ７は、Ｓ３０５を実行した後にＳ４０１の処理を実行する。Ｓ４０１では、ＥＣＵ７は、オルタネータ６による発電が可能であるか否かを判別する。たとえば、ＥＣＵ７は、内燃機関１が始動完了状態にある場合、および／または機関回転数の変動量が予め定められた許容範囲内にある場合に、オルタネータ６による発電が可能であると判定する。

　前記Ｓ４０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ４０２へ進み、オルタネータ６による発電を開始するとともに、オルタネータ６により発電された電力を利用してオイルヒータ１１を作動させる。その際、ＥＣＵ７は、オイルヒータ１１の作動に必要な電力をオルタネータ６の発電量に上乗せする。その結果、オイルの温度上昇とオルタネータ６の温度上昇とを促進させることができる。

　一方、前記Ｓ４０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ４０３へ進む。Ｓ４０３では、ＥＣＵ７は、バッテリ１４の充電状態（ＳＯＣ）が許容範囲内にあるか否かを判別する。その際の許容範囲は、スタータモータの駆動とオイルヒータ１１の駆動とを十分に賄える充電量の範囲である。

　前記Ｓ４０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ４０４へ進む。Ｓ４０４では、ＥＣＵ７は、バッテリ１４に蓄えられた電力を利用してオイルヒータ１１を作動させる。その結果、オルタネータ６が発生する熱を利用してオイルを加熱することができない状況下においても、オイルの加熱を図ることが可能となる。

　ＥＣＵ７は、Ｓ４０２又はＳ４０４の処理を実行した後は、Ｓ３０３の処理を再度実行する。

　以上述べた実施例によれば、オルタネータ６が発生する熱によりオイルを加熱することができない場合であっても、オイルを加熱することができる。その結果、オイルの温度は、より早い時期に所望の温度域まで上昇する。

　また、バッテリ１４の充電状態に応じてオイルヒータ１１の作動／非作動が制御されるため、オイルヒータ１１の作動によってスタータモータの作動が不安定にある事態を回避することも可能となる。

　なお、前記したＳ４０２に示したようにオルタネータ６の発電量を増加させつつオイルヒータ１１を作動させる場合には、大部分のオイルがバイパス通路１２を流れ、残りの少量のオイルがオルタネータ６を流れるようにしてもよい。その場合、オイルの昇温を促進させつつ、オルタネータ６の昇温も促進させることができる。また、図９に示す油温制御ルーチンにおいて、Ｓ１０２以降の処理は、前述した第２の実施例と同様の処理に置き換えられてもよい。

　以上述べた第１乃至第４の実施例は、可能な限り組み合わせて実施することができる。また、前述した第１乃至第４の実施例では、オイルの温度が所定温度Ｔ２より低いときにオルタネータ６および／またはオイルヒータ１１によるオイルの加熱を行う例について述べたが、内燃機関１のフリクションが予め定められた上限値より大きいときにオルタネータ６および／またはオイルヒータ１１によるオイルの加熱を行うようにしてもよく、あるいは内燃機関１のフリクションの大きさとオイルの温度とオイルの圧力とに応じて前記した所定温度Ｔ２を補正するようにしてもよい。

　ここで、内燃機関１のフリクションは、吸入空気量、燃料噴射量、機関回転数、オイルの温度、及びオイルの圧力等をパラメータとして演算することができる。また、内燃機関１のフリクションを演算するためのモデルを予め実験等を利用した適合作業によって求めておき、その演算モデルを利用して内燃機関１のフリクションを求めるようにしてもよい。

　このような方法によりオイルの加熱の要否が判別され、あるいは所定温度Ｔ２の補正が行われると、オイルの温度をオイルの性状に適した温度域まで早期に昇温させることができる。その結果、オイルの加熱が過剰に多くなったり、不足したりする事態を回避することが可能となる。

１     内燃機関
２     オイル貯蔵タンク
３     オイルポンプ
４     オイルフィルタ
５     オイルクーラ
６     オルタネータ
７     ＥＣＵ
８     油温センサ
９     水温センサ
１０   アクセルポジションセンサ
１１   オイルヒータ
１２   バイパス通路
１３   切換弁
１４   バッテリ
５０   熱交換器
５１   流量調整弁

Claims

　潤滑油が循環する内燃機関と、
　前記内燃機関の潤滑油と熱交換可能な発電機と、
　前記発電機が発生した熱により潤滑油を昇温させるとともに、昇温後の潤滑油を前記内燃機関へ供給する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の潤滑システム。
　請求項１において、前記制御手段は、潤滑油の温度が低いときは高いときに比べ、前記発電機の発電量を多くすることを特徴とする内燃機関の潤滑システム。
　請求項１又は２において、前記制御手段は、前記発電機の温度が潤滑油の温度より低くなる期間は、前記発電機と熱交換される潤滑油の量を減少させることを特徴とする内燃機関の潤滑システム。
　請求項３において、前記期間は、内燃機関の始動時から所定時間が経過するまでの期間であることを特徴とする内燃機関の潤滑システム。
　請求項３又は４において、前記発電機を迂回して潤滑油を流通させるバイパス経路と、
　前記発電機を経由する潤滑油の量と前記バイパス経路を流れる潤滑油の量とを変更する流量調整機構と、
を更に備え、
　前記制御手段は、前記流量調整機構を制御することにより、前記発電機と熱交換される潤滑油の量を減少させることを特徴とする内燃機関の潤滑システム。
　請求項２において、前記制御手段は、潤滑油の温度が予め定められた目標温度より低いことを条件に、前記発電機の発電量を増加させることを特徴とする内燃機関の潤滑システム。
　請求項２において、前記制御手段は、前記内燃機関の負荷が予め定められた基準負荷より高くなったときは、前記発電機の発電量の増加を中止することを特徴とする内燃機関の潤滑システム。
　請求項２において、前記制御手段は、前記発電機から給電される電気回路の許容給電量に対して前記発電機の発電量が多くなる場合は、前記発電機の発電量の増加を中止することを特徴とする内燃機関の潤滑システム。
　請求項２において、潤滑油を電気エネルギにより加熱するヒータを更に備え、
　前記制御手段は、前記発電機が発生した電力により前記ヒータを作動させることを特徴する内燃機関の潤滑システム。
　請求項５において、前記バイパス通路に配置され、潤滑油を電気エネルギにより加熱するヒータを更に備え、
　前記制御手段は、前記発電機と熱交換される潤滑油の量を減少させるときに前記ヒータを作動させることを特徴とする内燃機関の潤滑システム。