JP2010209736A

JP2010209736A - エンジンの暖機制御装置

Info

Publication number: JP2010209736A
Application number: JP2009054847A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Horie; 信彦堀江
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-03-09
Filing date: 2009-03-09
Publication date: 2010-09-24

Abstract

【課題】冷間時にＥＧＲを実施しながら、油温上昇を確保し、併せて暖機後の過昇温を防止する。
【解決手段】エンジン１の冷却水をＥＧＲクーラ４に循環させて、ＥＧＲガスを冷却する。冷間時には、ＥＧＲクーラ４通過後の高温の冷却水を切換弁７を介してオイルパン８に設けたオイル暖機通路９に導き、エンジン潤滑用のオイルを集中的に暖める。暖機後は、切換弁７により、ＥＧＲクーラ４通過後の高温の冷却水をバイパス通路１０に流して、オイル暖機通路９をバイパスさせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの暖機制御装置に関する。

エンジンの燃費向上及びＮＯｘ低減のため、排気通路から排気の一部を取出して吸気通路に再循環するＥＧＲ装置は、よく知られている。また、ＥＧＲ装置を採用する場合は、高温のＥＧＲガスをそのまま吸気に添加すると、吸気充填効率が低下してエンジンの出力性能の悪化を招くので、エンジン冷却水の循環経路の一部をなし、冷却水との熱交換によってＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラが採用される。

特許文献１には、ＥＧＲクーラの他、エンジン潤滑用オイルを冷却するオイルクーラが示され、冷却水をオイルクーラ、ＥＧＲクーラの順で流している。

特開２００１−２８０１３０号公報

ところで、エンジン始動時等の冷間時（暖機中）にＥＧＲを実施する場合、瞬間的な燃費は向上するものの、燃焼温度低下に伴って暖機が遅れ、エンジン潤滑用オイルの温度（油温）が低く、フリクションが高い状態での運転時間が長くなり、結果的に実用での燃費が悪化する恐れがある。

本発明は、このような実状に鑑み、冷間時にＥＧＲを実施しながら、油温上昇を確保できるようにし、併せて暖機後の過昇温の防止を図ることを課題とする。

このため、本発明は、排気通路から排気の一部を取出して吸気通路に再循環するＥＧＲ装置と、エンジン冷却水の循環経路の一部をなし、冷却水との熱交換によって前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラ通過後の冷却水を循環させて、エンジン潤滑用のオイルを暖めるオイル暖機通路と、エンジン暖機中に、前記ＥＧＲクーラ通過後の冷却水を前記オイル暖機通路に循環させ、暖機後は、前記オイル暖機通路をバイパスさせる切換装置と、を設ける構成とする。

本発明によれば、冷間時に、ＥＧＲクーラ通過後の高温の冷却水で集中的にオイルを暖めることにより、ＥＧＲを実施しながら、油温上昇を確保でき、冷間時のＥＧＲによる燃費効果を大きくできる。また、暖機後は、オイル暖機通路をバイパスさせることで、過昇温防止を図ることができる。

本発明の一実施形態を示すエンジン冷却系の概略図他の実施形態を示す概略図他の実施形態を示す概略図参考例を示す概略図油温上昇の特性図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

図１を参照し、エンジン（内燃機関）１にはＥＧＲ装置が備えられ、ＥＧＲ装置は、排気通路から排気の一部を取出して吸気通路に再循環するＥＧＲ通路２と、ＥＧＲ通路２に介装されてＥＧＲ量を制御するＥＧＲ制御弁３とを含んで構成される。

そして、ＥＧＲ通路２のＥＧＲ制御弁３下流には、冷却水との熱交換によってＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ４が備えられる。

ところで、燃費向上を狙って、エンジン始動時等の冷間時（暖機中）からＥＧＲを実施する場合、燃焼温度（燃焼時のガス温度）が低下し、燃焼室壁面から冷却水等に伝えられる熱量が低下するため、暖機が遅れる。このため、エンジン潤滑用オイルの温度（油温）の上昇が遅れ、フリクションが高い状態での運転時間が長くなり、結果的に実用での燃費が悪化する。

また、冷間時に、冷却水をエンジンクーラをバイパスさせるなどして、ＥＧＲガス温度を高温に制御することで、燃焼温度を上げ、暖機を促進することも考えられるが、吸気系に使用する材料（例えば樹脂）により、ＥＧＲガス温度は制約を受け、十分な効果は期待できない。

そこで、本実施形態では、冷間時に、ＥＧＲクーラ４通過後の高温の冷却水でエンジン潤滑用のオイルを集中的に暖めるようにする。

図１を参照し、エンジン１の冷却系について、主に冷間時の冷却水の流れで説明する。エンジン１には、ウォータポンプ５から冷却水が供給される。そして、エンジン１の第１の冷却水出口６から出た冷却水は、ＥＧＲクーラ４へ向かい、ＥＧＲガスを冷却する。このとき、冷却水は、ＥＧＲガスとの熱交換によって温度上昇する。ＥＧＲクーラ４通過後の高温の冷却水は、切換装置としての切換弁７を介して、オイルパン８に形成したオイル暖機通路９へ向かう。

オイル暖機通路９は、通路内を流通するＥＧＲクーラ４通過後の高温の冷却水との熱交換によってオイルパン８内に貯留されるエンジン潤滑用のオイルを暖めるように形成されている。

また、切換弁７からは、オイル暖機通路９と、これをバイパスするバイパス通路１０とに分かれていて、暖機後は、ＥＧＲクーラ４通過後の高温の冷却水をバイパス通路１０へ流し、オイル暖機通路９をバイパスさせることができる。

オイル暖機通路９又はバイパス通路１０を通過した冷却水は、サーモスタット（サーモバルブ）１１を介して、ウォータポンプ５の吸入側に戻る。

また、エンジン１には、第２の冷却水出口１２があり、これはラジエータ１３の入口部に配管接続されている。そして、ラジエータ１３の出口部はサーモスタット１１に配管接続されている。

サーモスタット１１は、冷却水温度に応じて、エンジン１の第１の冷却水出口６からの流量と第２の冷却水出口１２からの流量とを制御することで、ラジエータ１３通過流量を制御し、これによって冷却水温度を所望の温度に制御する。

以上述べたように、冷間時に、ＥＧＲクーラ４通過後の高温の冷却水をオイルパン８に設けたオイル暖機通路９に供給することにより、ＥＧＲクーラ４でＥＧＲガスから奪った熱量で集中的にオイルを暖めることにより、暖機を促進し、フリクションを低減することができる。

これにより、冷間時にＥＧＲを実施すると、燃焼温度が下がることで油温上昇が遅れるデメリットを補い、冷間時からＥＧＲによる燃費効果を大きく得ることができる。

また、冷間時にＥＧＲガス温を高温に制御することで、燃焼温度を上げ、燃焼安定性とエンジン暖機を向上させる手段（例えばエンジンクーラバイパス）は、吸気系部品に使用する材料（例えば樹脂）の耐熱性から、十分な効果を得られない可能性があるが、この点、本実施形態のような直接オイルを暖める方法は、極めて有効に用いることができる。

また、暖機後は、切換弁７により、ＥＧＲクーラ４通過後の高温の冷却水をバイパス通路１０に流して、オイル暖機通路９をバイパスさせることにより、オイルの過昇温を防止することができる。尚、この切換えは、必ずしも一律的に行う必要はなく、流量比を適切に制御するようにしてもよい。

次に、オイルクーラを備えるエンジンの場合の、オイルクーラとの関係について考察する。

オイルクーラを備えたエンジンの場合、エンジン１、ＥＧＲクーラ４、オイルクーラ２０の冷却水経路には、
（１）ＥＧＲクーラ４とオイルクーラ２０とが並列（図２）
（２）オイルクーラ２０、ＥＧＲクーラ４の順に直列（図３）
（３）ＥＧＲクーラ４、オイルクーラ２０の順に直列（図４）
の３パターン。がある。

図２に示すように、ＥＧＲクーラ４とオイルクーラ２０とが並列の場合は、ＥＧＲクーラ４の出口に切換弁２１を設けて、冷間時にＥＧＲクーラ４通過後の冷却水をオイルクーラ２０に送り、暖機後はバイパスさせることで、実質的にオイル暖機通路９とバイパス通路１０とが形成され、図１の実施形態と同様の効果を得ることができる。但し、オイルクーラ２０に２系統の水経路が必要となる。

図３に示すように、オイルクーラ２０、ＥＧＲクーラ４の順に直列の場合は、ＥＧＲクーラ４の出口に切換弁２２を設けて、冷間時にＥＧＲクーラ４通過後の冷却水をオイルクーラ２０に送り、暖機後はバイパスさせることで、実質的にオイル暖機通路９とバイパス通路１０とが形成され、図１の実施形態と同様の効果を得ることができる。但し、オイルクーラ２０に２系統の水経路が必要となる。

従って、オイル暖機通路９は、図１の実施形態のようにオイルパン８に設ける他、図２、図３の実施形態のようにオイルクーラ２０に設けてもよいのである。

これに対し、図４に示すように、ＥＧＲクーラ４、オイルクーラ２０の順に直列の場合は、そのままの構成で、ＥＧＲクーラ４通過後の冷却水はオイルクーラ２０を通過することになる。しかし、暖機後には、オイルが過加熱されてしまう。あるいは、暖機後にバイパスさせると、本来のオイルクーラとして機能させることはできない。従って、図４は参考例である。

次に、オイル暖機→バイパスへの切換えについて考察する。

油温上昇と引き換えに、シリンダブロック、シリンダヘッド等の部品温度が上がりにくくなり、燃焼室壁からの冷却損失が悪くなる恐れがあるので、基本的には油温をモニターして、ある温度までは集中的にオイルを暖め、それ以降は部品とオイルを一緒に（通常通り）暖めるようにするのが望ましい。

従って、図５の油温の上昇特性を参照し、（ａ）が「ＥＧＲ無し」の場合（燃焼温度が低下しないことから比較的速やかに油温が上昇）で、（ｂ）が「そのままＥＧＲ」の場合（燃焼温度が低下することから油温上昇が遅い）であるとすると、図の太線のように制御するとよい。

すなわち、図５を参照し、始動後ｔ（ｓ）での油温が「ＥＧＲ無し」の場合と同じＴｏになるように、ｔ’（ｓ）までは「ＥＧＲ＋オイル暖機」でオイルを集中的に暖め、「ＥＧＲ無し」の場合よりも更に速く油温を上昇させる。そして、ｔ’（ｓ）後は、バイパスに切換え、「そのままＥＧＲ」の場合と同じ傾向で油温をゆっくりと上昇させ、最終的に、「ＥＧＲ無し」と同じ温度Ｔｏにする。

急速暖機を行う場合に、ＥＧＲ制御弁を閉としてＥＧＲを停止するよう制御することも考えられるが、このようなモードを採用した場合に、冷却水の流れがＥＧＲクーラ→オイルパン（若しくはオイルクーラ）でもデメリットはないと考えられる。従って、このようなモードと併用しても特に問題はない。

１エンジン
２ＥＧＲ通路
３ＥＧＲ制御弁
４ＥＧＲクーラ
５ウォータポンプ
６第１の冷却水出口
７切換弁
８オイルパン
９オイル暖機通路
１０バイパス通路
１１サーモスタット
１２第２の冷却水出口
１３ラジエータ
２０オイルクーラ
２１、２２切換弁

Claims

排気通路から排気の一部を取出して吸気通路に再循環するＥＧＲ装置と、
エンジン冷却水の循環経路の一部をなし、冷却水との熱交換によって前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、
前記ＥＧＲクーラ通過後の冷却水を循環させて、エンジン潤滑用のオイルを暖めるオイル暖機通路と、
エンジン暖機中に、前記ＥＧＲクーラ通過後の冷却水を前記オイル暖機通路に循環させ、暖機後は、前記オイル暖機通路をバイパスさせる切換装置と、
を含んで構成される、エンジンの暖機制御装置。