JP2013060819A

JP2013060819A - 冷間始動時のエンジン暖機方法

Info

Publication number: JP2013060819A
Application number: JP2011198053A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ishimori; 崇石森
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2011-09-12
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2013-04-04

Abstract

【課題】エンジンの暖機時間を従来よりも短縮して暖機時の燃費悪化を改善し且つ排気系路の排気浄化触媒を早期に活性化し得るようにする。
【解決手段】エンジンの始動時に冷却水の水温の検出を行い、その検出水温が設定水温を下まわっている時に、エンジンの運転状況に応じてウォータポンプ１の回転数を制御する通常制御から独立してウォータポンプ１の作動を停止すると共に、現在の水温を前記設定水温まで上昇させるのに必要な総熱量を計算し、始動時からのエンジンが冷却水に奪われた冷却水損失熱量を積算し、その積算値が前記総熱量に達したらウォータポンプ１を所要時間だけ作動させて冷却水の温度分布を均し、然る後に冷却水の水温の検出を再び行い、その検出水温が設定水温を未だ下まわっていれば同じ制御を繰り返し、前記検出温度が設定水温以上となっていれば通常制御に復帰する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷間始動時のエンジン暖機方法に関するものである。

一般的に、車両用のエンジンの冷却系では、冷却水の循環経路にサーモスタットが設けられており、冷間始動時における冷却水の温度が低い時には、サーモスタットの作動によりエンジンとラジエータとの間で冷却水を循環する水路が閉じ且つエンジンからの冷却水をラジエータを経由させずにエンジンに戻す水路が開くことにより、冷却水をラジエータを経由させずに循環させてエンジンの暖機を優先するようになっている。

この種のサーモスタットは、従来より周知である通り、冷却水の温度が高くなった時にケーシング内に封入したワックスが溶け、このワックスが溶ける時の膨張によりニードルやバネ等を介しバルブを開けるようになっており、その作動は機械的な原理で行われるようになっている。

尚、この種のエンジンの冷却系に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。

特開２００３−２７８５４４号公報

しかしながら、冷間始動時にラジエータを経由させずにエンジン内で循環させる分だけでも冷却水の容量は十分に大きく、該冷却水が全て暖まるまでエンジンの暖機が完了しないことから、エンジンの暖機時間が長くなって燃費の悪化を招くという問題があった。

即ち、エンジンの暖機が完了しない間は、各シリンダ内における潤滑油の粘度が高く、該潤滑油が暖まって粘度が低下してくるまでフリクションが大きいままなので、この間における燃費が悪化してしまっていた。

しかも、冷間始動直後から暫くの間は排気温度も上がらない状況が継続するため、排気系路の途中に介装される排気浄化触媒（ＮＯx吸蔵還元触媒、選択還元型触媒、酸化触媒、三元触媒等）の触媒床温度が活性温度まで達するのが遅くなり、冷間始動直後における排気浄化触媒が有効に機能しない時間帯が長くなるという問題もあった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、エンジンの暖機時間を従来よりも短縮して暖機時の燃費悪化を改善し且つ排気系路の排気浄化触媒を早期に活性化し得るようにすることを目的とする。

本発明は、エンジンの冷却水系に流量制御可能なウォータポンプを採用し、該ウォータポンプの回転数を制御することによりエンジンの運転状況に応じた流量で冷却水を循環させるようにしたエンジンの冷間始動時における暖機方法であって、エンジンの始動時に冷却水の水温の検出を行い、その検出水温が設定水温を下まわっている時に、エンジンの運転状況に応じてウォータポンプの回転数を制御する通常制御から独立してウォータポンプの作動を停止すると共に、現在の水温を前記設定水温まで上昇させるのに必要な総熱量を計算し、始動時からのエンジンが冷却水に奪われた冷却水損失熱量を積算し、その積算値が前記総熱量に達したらウォータポンプを所要時間だけ作動させて冷却水の温度分布を均し、然る後に冷却水の水温の検出を再び行い、その検出水温が設定水温を未だ下まわっていれば同じ制御を繰り返し、前記検出温度が設定水温以上となっていれば通常制御に復帰することを特徴とするものである。

而して、このようにした場合、エンジンの始動時に冷却水の検出水温が設定水温を下まわっていると、ウォータポンプの作動が強制的に停止され、冷却水がエンジン内で循環しなくなるので、該エンジンが早期に暖まって暖機時間が大幅に短縮されることになり、これにより各シリンダ内における潤滑油の粘度が早い段階から低下することでフリクションが小さくなって暖機時の燃費が改善されると共に、排気温度が早い段階から上がることで排気系路の排気浄化触媒が直ぐに暖まって早期に活性化される。

しかも、現在の水温を設定水温まで上昇させるのに必要な総熱量を計算し、該総熱量に相当する冷却水損失熱量が積算されたことが確認されてから冷却水の水温を再び検出して通常制御への復帰を判断するようにしているので、ウォータポンプの作動を停止することによる冷却水の異常な水温上昇が回避される。

この際、ウォータポンプの停止時間は、冷却水の検出水温に応じて増減し、設定水温に対し検出水温が大きな乖離で下がっていれば相対的に長くなり、設定水温に対し検出水温が小さな乖離で下がっていれば相対的に短くなるので、どのような水温条件に対しても適切なウォータポンプの停止時間が設定されることになる。

また、本発明においては、現在の水温を設定水温まで上昇させるのに必要な総熱量を計算するにあたり、設定水温から検出水温を減算し、その差にエンジン内の冷却水質量流量を乗算し、その積に冷却水の比熱を乗算して前記総熱量を求めることが可能である。

更に、本発明においては、エンジンの運転状況を示す各種情報に照らして冷却水損失熱量を読み出し得る制御マップを使用し、該制御マップから現在のエンジンの運転状況における各種情報に基づき冷却水損失熱量を読み出して求めることが可能であり、また、燃料噴射量に基づき燃料発熱量を算出し、該燃料発熱量からエンジン出力分と排気放熱分を差し引いて冷却水損失熱量を求めることも可能である。

上記した本発明の冷間始動時のエンジン暖機方法によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）エンジンの始動時に冷却水の水温を検出し、その検出水温が設定水温を下まわっている時にウォータポンプの作動を強制的に停止することにより、冷却水のエンジン内での循環を止めて該エンジンを早期に暖めることができ、従来よりも冷間始動時における暖機時間を大幅に短縮することができるので、各シリンダ内における潤滑油の粘度を早い段階から低下させることができ、これによりフリクションを小さくして暖機時の燃費を改善することができると共に、排気温度を冷間始動後の早い段階から上げることができ、これにより排気系路の排気浄化触媒を短時間のうちに暖めて早期に活性化させることができる。

（ＩＩ）現在の水温を設定水温まで上昇させるのに必要な総熱量を計算し、該総熱量に相当する冷却水損失熱量が積算されたことが確認されてから冷却水の水温を再び検出して通常制御への復帰を判断するようにしているので、ウォータポンプの作動を停止することによる冷却水の異常な水温上昇を回避することができる。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。図１の制御装置における具体的な制御手順を示すフローチャートである。冷却水損失熱量を読み出す制御マップのイメージを示す図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号の１はエンジンの冷却水系に採用された流量制御可能なウォータポンプを示し、このウォータポンプ１は、エンジンからのベルト駆動により作動するようになっているが、クラッチ機構を備えていて該クラッチ機構の滑り具合を無段階に調整できるようになっている。尚、ここで用いられているような流量制御可能なウォータポンプ１自体は、自動車業界内で既に周知の技術となっているものである。

前記ウォータポンプ１は、制御装置２からの制御信号２ａにより回転数を制御されるようになっており、この制御装置２には、エンジンの回転数を検出する回転センサ３からの検出信号３ａと、冷却水の水温を検出する温度センサ４からの検出信号４ａと、エンジンへの燃料噴射の制御系５から導いた燃料噴射量の指示値を示す信号５ａと、排気温度を検出する温度センサ６からの検出信号６ａと、吸気温度を検出する温度センサ７からの検出信号７ａと、吸気量（質量流量）を検出する流量センサ８からの検出信号８ａ等が夫々入力されるようになっている。

前記制御装置２においては、ウォータポンプ１の回転数を制御することによりエンジンの運転状況に応じた流量で冷却水を循環させる通常制御が実行されるようになっており、この通常制御では、エンジンの発熱量が多い運転状況下で該発熱量に見合う冷却能力となるようにウォータポンプ１の回転数を上げ、エンジンの発熱量が少ない運転状況下では該発熱量に見合う冷却能力となるようにウォータポンプ１の回転数を下げる制御が実施されるようになっている。

尚、前記制御装置２でウォータポンプ１の回転数を目標回転数に制御するにあたっては、必要に応じてウォータポンプ１の回転数を実測し、これを実回転数信号２ｂとして前記制御装置２に戻してフィードバック制御を行うようにしても良い。

また、前述した如き通常制御において、どのような情報に照らしてエンジンの運転状況を判断するかについては任意であるが、例えば、これまでに既に自動車に実装された例のある回転数制御可能な冷却ファン（クラッチ機構を備えたもの）の回転数制御に採用されている制御ロジックをそのまま当てはめることも可能である。

ただし、図２に図１の制御装置２における具体的な制御手順をフローチャートで示している通り、エンジンの始動時にステップＳ１で冷却水の水温の検出が行われるようになっており、その検出水温Ｔ₀が設定水温Ｔ₁を下まわっている時には、前記通常制御から独立して以下に詳述する如き冷間始動制御が実行されるようにしてある。

即ち、ステップＳ１で冷却水の水温の検出が行われ、その検出水温Ｔ₀が設定水温Ｔ₁を下まわっていれば、直ちにウォータポンプ１の作動を停止する決定が下され、ステップＳ２にてウォータポンプ１へ向け作動を停止する制御信号２ａが出力される一方、ステップＳ３に進んで現在の水温を前記設定水温Ｔ₁まで上昇させるのに必要な総熱量が計算されるようになっている。

ここで、現在の水温を設定水温Ｔ₁まで上昇させるのに必要な総熱量を計算するにあたっては、設定水温Ｔ₁から検出水温Ｔ₀を減算し、その差にエンジン内の冷却水質量流量を乗算し、その積に冷却水の比熱を乗算して前記総熱量を求めることが可能である。

また、次のステップＳ４では、始動時からのエンジンが冷却水に奪われた冷却水損失熱量が積算されるようになっており、現在の水温を設定水温Ｔ₁まで上昇させるのに必要な総熱量まで前記冷却水損失熱量の積算値が達したことが次のステップＳ５で確認されたら、ウォータポンプ１を所要時間（Ａ秒間）だけ作動させて冷却水の温度分布を均す決定が下され、ステップＳ２にてウォータポンプ１へ向け所要時間（Ａ秒間）だけ作動させる制御信号２ａが出力されるようになっている。

ここで、エンジンが冷却水に奪われた冷却水損失熱量については、例えば、エンジンの運転状況を示す各種情報、例えば、エンジンの負荷と回転数に照らして冷却水損失熱量を読み出し得る制御マップ（図３参照）を使用し、該制御マップから現在のエンジンの運転状況における各種情報（エンジンの負荷と回転数）に基づき冷却水損失熱量を読み出して求めることが可能である。

また、このような制御マップを用いて冷却水損失熱量を読み出す以外に、燃料噴射量に基づき燃料発熱量を算出し、該燃料発熱量からエンジン出力分と排気放熱分を差し引いて冷却水損失熱量を求めることも可能である。この場合、フリクション分は摩擦熱に変換されると仮定してエンジンに奪われる熱とする（これらの熱はエンジンオイルの昇温に利用される）。

尚、燃料発熱量については、燃料噴射量に基づいて計算により求めることができ、また、エンジン出力分については、エンジンの運転状況を示す各種情報、例えば、エンジンの負荷と回転数に基づき制御マップから読み出して求めたり、実機テストにて計測された出力を利用したりして求めることができ、排気放熱分については、排気温度から吸気温度を減算した差に吸気量（質量流量）を乗算して求めることができる。

更に、先のステップＳ２でウォータポンプ１へ向け所要時間（Ａ秒間）だけ作動させる制御信号２ａが出力された後、ステップＳ１に戻って冷却水の水温の検出が再び行われ、その検出水温Ｔ₀が設定水温Ｔ₁を未だ下まわっていれば同じ冷間始動制御を繰り返すことになるが、前記検出温度が設定水温以上となっていれば、通常制御に復帰してステップＳ６へ進むことになり、このステップＳ６にてエンジンの運転状況に応じたウォータポンプ１の目標回転数が演算され、その目標回転数が次のステップＳ２にてウォータポンプ１へ制御信号２ａとして出力されるようになっている。

而して、このようにした場合、エンジンの始動時に冷却水の検出水温Ｔ₀が設定水温Ｔ₁を下まわっていると、ウォータポンプ１の作動が強制的に停止され、冷却水がエンジン内で循環しなくなるので、該エンジンが早期に暖まって暖機時間が大幅に短縮されることになり、これにより各シリンダ内における潤滑油の粘度が早い段階から低下することでフリクションが小さくなって暖機時の燃費が改善されると共に、排気温度が早い段階から上がることで排気系路の排気浄化触媒が直ぐに暖まって早期に活性化される。

しかも、現在の水温を設定水温Ｔ₁まで上昇させるのに必要な総熱量を計算し、該総熱量に相当する冷却水損失熱量が積算されたことが確認されてから冷却水の水温を再び検出して通常制御への復帰を判断するようにしているので、ウォータポンプ１の作動を停止することによる冷却水の異常な水温上昇が回避される。

この際、ウォータポンプ１の停止時間は、冷却水の検出水温Ｔ₀に応じて増減し、設定水温Ｔ₁に対し検出水温Ｔ₀が大きな乖離で下がっていれば相対的に長くなり、設定水温Ｔ₁に対し検出水温Ｔ₀が小さな乖離で下がっていれば相対的に短くなるので、どのような水温条件に対しても適切なウォータポンプ１の停止時間が設定されることになる。

従って、上記形態例によれば、エンジンの始動時に冷却水の水温を検出し、その検出水温Ｔ₀が設定水温Ｔ₁を下まわっている時にウォータポンプ１の作動を強制的に停止することにより、冷却水のエンジン内での循環を止めて該エンジンを早期に暖めることができ、従来よりも冷間始動時における暖機時間を大幅に短縮することができるので、各シリンダ内における潤滑油の粘度を早い段階から低下させることができ、これによりフリクションを小さくして暖機時の燃費を改善することができると共に、排気温度を冷間始動後の早い段階から上げることができ、これにより排気系路の排気浄化触媒を短時間のうちに暖めて早期に活性化させることができる。

また、現在の水温を設定水温Ｔ₁まで上昇させるのに必要な総熱量を計算し、該総熱量に相当する冷却水損失熱量が積算されたことが確認されてから冷却水の水温を再び検出して通常制御への復帰を判断するようにしているので、ウォータポンプ１の作動を停止することによる冷却水の異常な水温上昇を回避することができる。

尚、本発明の冷間始動時のエンジン暖機方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ウォータポンプ
２制御装置
２ａ制御信号

Claims

エンジンの冷却水系に流量制御可能なウォータポンプを採用し、該ウォータポンプの回転数を制御することによりエンジンの運転状況に応じた流量で冷却水を循環させるようにしたエンジンの冷間始動時における暖機方法であって、エンジンの始動時に冷却水の水温の検出を行い、その検出水温が設定水温を下まわっている時に、エンジンの運転状況に応じてウォータポンプの回転数を制御する通常制御から独立してウォータポンプの作動を停止すると共に、現在の水温を前記設定水温まで上昇させるのに必要な総熱量を計算し、始動時からのエンジンが冷却水に奪われた冷却水損失熱量を積算し、その積算値が前記総熱量に達したらウォータポンプを所要時間だけ作動させて冷却水の温度分布を均し、然る後に冷却水の水温の検出を再び行い、その検出水温が設定水温を未だ下まわっていれば同じ制御を繰り返し、前記検出温度が設定水温以上となっていれば通常制御に復帰することを特徴とする冷間始動時のエンジン暖機方法。
現在の水温を設定水温まで上昇させるのに必要な総熱量を計算するにあたり、設定水温から検出水温を減算し、その差にエンジン内の冷却水質量流量を乗算し、その積に冷却水の比熱を乗算して前記総熱量を求めることを特徴とする請求項１に記載の冷間始動時のエンジン暖機方法。
エンジンの運転状況を示す各種情報に照らして冷却水損失熱量を読み出し得る制御マップを使用し、該制御マップから現在のエンジンの運転状況における各種情報に基づき冷却水損失熱量を読み出して求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷間始動時のエンジン暖機方法。
燃料噴射量に基づき燃料発熱量を算出し、該燃料発熱量からエンジン出力分と排気放熱分を差し引いて冷却水損失熱量を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷間始動時のエンジン暖機方法。