JP2018096257A - 暖機システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両の外部から供給される電力による内燃機関の暖機を早期に行いつつ、運転者の選択に基づく暖房を可能にする暖機システムを提供する。【解決手段】内燃機関Ｅに冷却液を循環させる循環流路に接続する電動ポンプ１と、車外からの電力により冷却液を加熱する電気ヒータ２とを備えている。循環流路が車内暖房用のヒータコア５に冷却水を供給する暖房用流路Ｆ２と、暖房用流路を除く非暖房用流路とを含む複数の流路を備え、冷却水を暖房用流路Ｆ２と非暖房用流路との少なくとも一方に供給可能な流路設定機構と、この流路設定機構を制御する制御部２０を備えている。電動ポンプ１を作動させ電気ヒータ２に電力を供給する際に、制御部２０は車両で設定されている設定情報に基づいて流路設定機構を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の内燃機関の温度上昇を図る暖機システムに関する。

暖機システムとして特許文献１には、エンジン（内燃機関）に冷却水を循環させる電動ウォータポンプにＰＴＣヒータを備え、エンジンの始動以前にＰＴＣヒータと電動ウォータポンプとに対して家庭用電源コンセントから電力を供給することによりエンジンの暖機を行う技術が記載されている。

また、特許文献２には、エンジンの暖機時に冷却水を加熱する電気温水ヒータを備え、この電気温水ヒータで加熱された温水をヒータコアに供給し、エンジンの暖機を行う場合には電気温水ヒータで加熱された冷却水をエンジンに供給する技術が示されている。

この特許文献２では、外部電源からの電力を電気温水ヒータに供給できるものであり、冷却水の流れを選択する流路切替バルブを備えることにより、電気温水ヒータで加熱された冷却水をヒータコアに供給して暖房を行い、加熱された冷却水をエンジンに供給することで暖機を行うように構成されている。

特許文献３では、モータ駆動用バッテリーを備え、暖房用電気ヒータで暖めた冷却水を暖機用のヒータコアと、切替弁と、モータ駆動用バッテリーと、エンジンとに対して、この順序で循環させることを可能にする技術が示されている。

特開２０１６‐７５１５８号公報 特開２０１６‐２８６２号公報 特開２００９‐２２４２５６号公報

特許文献１に示される技術は、寒冷地においてエンジン（内燃機関）の始動以前に外部からの電力によりエンジンの暖機を可能にする。エンジンの暖機時には冷却水をエンジンから外部に送り出した後にエンジンに戻すように循環させることになる。外部からの電力により冷却水を加熱するものであっても、エンジンから外部に送り出された冷却水を、できるだけ短い経路でエンジンに戻すことが効率的な暖機の観点から望まれる。

更に、寒冷地での運転環境を考えると、エンジンの始動後には、車内の空気の温度を短時間のうちに上昇させる暖房が要望されることもある。この暖房の要否は運転者によって選択されるものであり、例えば、運転シートに電気ヒータを備えた車両では、車内の暖房が選択されないことも多い。従って、エンジンの暖機と併せて運転者の選択に対応した暖房も望まれる。

このような理由から、車両の外部から供給される電力による内燃機関の暖機を早期に行いつつ、運転者の選択に基づく暖房も可能な暖機システムが望まれる。

本発明の特徴は、車両の内燃機関に冷却液を循環させる循環流路に接続する電動ポンプと、車外からの電力により前記内燃機関に供給される冷却液を加熱する電気ヒータとを備え、
前記循環流路が、車内暖房用のヒータコアに冷却液を供給する暖房用流路と、当該暖房用流路を除く非暖房用流路とを含む複数の流路を備えており、
前記内燃機関から送り出される冷却水を前記暖房用流路と前記非暖房用流路との少なくとも一方に供給可能な流路設定機構と、前記流路設定機構を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記電気ヒータに電力が供給されている状況で前記電動ポンプを作動させると共に、前記車両において人為的に設定されている設定情報に基づいて前記流路設定機構を制御して前記暖房用流路と前記非暖房用流路との一方に冷却液を供給する点にある。

この特徴構成によると、車外から供給される電力により電気ヒータで冷却液を加熱し、加熱された冷却液を電動ポンプにより内燃機関に供給し電動ポンプの吸引側に戻すことにより、内燃機関の温度上昇を実現する。また、制御部は、運転者等により人為的に設定された設定情報に基づいて流路設定機構を制御して暖房用流路と非暖房用流路との一方に冷却水を供給するため、例えば、設定情報が車内の暖房を必要とするものであれば、暖房用流路に冷却液を供給してヒータコアによる車内の温度上昇が可能となる。
従って、車両の外部から供給される電力による内燃機関の暖機を早期に行いつつ、運転者の選択に基づく暖房も可能な暖機システムが構成された。

他の構成として、前記制御部は、前記設定情報として暖房を要求する情報を取得した場合に複数の前記流路のうち前記暖房用流路に冷却液を供給し、前記設定情報として暖房を要求しない情報を取得した場合に複数の前記流路のうち前記非暖房用流路に冷却液を供給するように前記流路設定機構を制御しても良い。

これによると、設定情報が暖房を要求するものであれば、内燃機関から送り出された冷却液を暖房用流路に供給し、設定情報が冷却水の熱を利用するものでない場合には、内燃機関から送り出された冷却水を非暖房用流路に供給することになり、冷却水の熱を有効に利用できる。

他の構成として、前記非暖房用流路としてトランスミッションのオイルを加熱するオイル加熱流路を備え、
前記制御部が前記流路設定機構を制御することにより前記暖房用流路に冷却液が供給され、この冷却液の供給により前記ヒータコアの温度が設定された温度を超えた場合に、前記オイル加熱流路に冷却液を供給しても良い。

これによると、設定情報が暖房を要求するものであれば暖房用流路に冷却水を供給してヒータコアを加熱する。また、暖房用流路に冷却水を供給することでヒータコアの温度が設定された温度を超えた場合にオイル加熱流路に冷却水を供給することによりヒータコアを過剰に加熱することなくミッションオイルを加熱してオイルの粘性を低下させ、燃費の良い走行を可能にする。

暖機システムの冷却水の流路と制御構成とを示す図である。 制御形態を示すフローチャートである。 別実施形態（ａ）の暖機システムの冷却水の流路を示す図である。 別実施形態（ｂ）の制御構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、内燃機関としてのエンジンＥに冷却水（冷却液の一例）を供給する電動ポンプ１と、電動ポンプ１から送り出される冷却液を加熱するブロックヒータ２（電気ヒータの一例）とを備え、エンジンＥから冷却水が供給される第１流路１１と、電動ポンプ１に冷却水を戻す第２流路１２とを備えて暖機システムＡが構成されている。

この暖機システムＡは、乗用車等の車両ＢにおいてエンジンＥの温度管理を行うと共に、冷却水の熱を車内の暖房等に利用可能に構成され、図１に示す構成の全体を暖機システムＡとして説明する。

図１に示すように、暖機システムＡは、第１流路１１と第２流路１２とを結ぶ位置にラジエータ３と、トランスミッションヒータ４と、ヒータコア５と、ＥＧＲヒータ６とを備えている。

特に、トランスミッションヒータ４は第１流路１１と第２流路１２とを結ぶ第１中間流路Ｆ１に介装され、ヒータコア５は第１流路１１と第２流路１２とを結ぶ第２中間流路Ｆ２に介装され、ＥＧＲヒータ６は第１流路１１と第２流路１２とを結ぶ第３中間流路Ｆ３に介装されている。

これら複数の流路のうち、第２中間流路Ｆ２が暖房用流路の一例であり、第１中間流路Ｆ１と第３中間流路Ｆ３とが非暖房用流路の一例であり、これらを含む複数の流路でエンジンＥに冷却水を循環させる循環流路が構成されている。

また、この暖機システムＡは、エンジンＥのシリンダヘッドＥｂから送り出された冷却水の水温を検知する水温センサ７を備え、トランスミッションのオイルの温度を検知する油温センサ８を備えている。

そして、これらの検知結果に基づいて電動ポンプ１とブロックヒータ２とを制御し、トランスミッションヒータ４と、ヒータコア５と、ＥＧＲヒータ６とにおける冷却水の流れを夫々制御する第１電磁弁Ｖ１と、第２電磁弁Ｖ２と、第３電磁弁Ｖ３とを制御する制御部２０を備えている。更に、第１電磁弁Ｖ１と第２電磁弁Ｖ２と第３電磁弁Ｖ３とで流路設定機構が構成されている。

〔流路等の具体構成〕
ブロックヒータ２は、一般家庭で使用される商用電源からの電力を供給することによりジュール熱により発熱する発熱体を備えており、この発熱体は電動ポンプ１の吐出部に備えられている。このようにブロックヒータ２と電動ポンプ１とが一体化されており、この一体化物がエンジンＥのシリンダブロックＥａに連結している。

電動ポンプ１は、ハウジング内にインペラを備えると共に、このインペラを駆動するブラシレスＤＣモータとして構成されるモータ部Ｍを備えて構成されている。この構成から電動ポンプ１を作動させることでブロックヒータ２で加熱された冷却水がシリンダブロックＥａからシリンダヘッドＥｂに流れ、エンジンＥの温度上昇（暖機）が実現する。

ラジエータ３は、冷却水の熱を放熱する機能を有するものであり、冷却風を供給する電動型のラジエータファン３ａを備えている。また、第１流路１１のうちラジエータ３に冷却水を供給する部位と、第２流路１２のうちラジエータ３から冷却水が排出される部位とに亘ってバイパス流路１３が形成され、バイパス流路１３と第２流路１２とを結ぶ位置にサーモ弁１４を備えている。

サーモ弁１４は、内部にサーモスタット式の切換弁を内蔵しており、冷却水の温度が設定値未満である場合には第１流路１１の冷却水を、ラジエータ３に供給せずバイパス流路１３を介して第２流路１２に戻し、冷却水の温度が設定値を超える場合に第１流路１１からラジエータ３に供給された冷却水を第２流路に戻すように切換作動が行われる。尚、サーモ弁１４が開放する温度の設定値が、エンジンＥの稼動に適した温度として設定される。

トランスミッションヒータ４は、車両Ｂにおいて走行速度の変速を行うトランスミッションに貯留されているオイルを冷却水の熱により加熱する。このトランスミッションヒータ４に冷却水を供給する第１中間流路Ｆ１に対して、この第１中間流路Ｆ１での冷却液の流れを制御する第１電磁弁Ｖ１を備えている。

ヒータコア５は、車両Ｂの車内の空気を冷却水の熱で加熱する機能を有しており、ヒータコア５で加熱された空気を送り出す電動型のヒータファン５ａを備えている。このヒータコア５に冷却水を供給する第２中間流路Ｆ２に対して、この第２中間流路Ｆ２での冷却水の流れを制御する第２電磁弁Ｖ２を備えている。

ＥＧＲヒータ６は、冷却水とＥＧＲガスとの間で熱交換を行う。つまり、車両ＢにはエンジンＥの燃焼ガスの一部を、エンジンＥの吸気側に戻すＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation ）を備えている。このＥＧＲガスの熱交換を行うため、ＥＧＲヒータ６に冷却水を供給する第３中間流路Ｆ３に対して、この第３中間流路Ｆ３での冷却水の流れを制御する第３電磁弁Ｖ３を備えている。

〔制御構成〕
制御部２０は、水温センサ７と油温センサ８との検知信号を取得し、電動ポンプ１のモータ部Ｍとブロックヒータ２とを制御すると共に、３つの電磁弁を制御する。尚、ラジエータファン３ａと、ヒータファン５ａと、第３電磁弁Ｖ３とは、エンジンＥの始動以前に作動させることはなくエンジンＥが始動した後に制御部２０が作動させることになる。

図１に示すように、前記ブロックヒータ２に電力を供給する電力線２１には電力を断続するリレーや電力制御素子等で構成されるスイッチ部２２を備えている。また、電力線２１からの電力を直流電力に変換するコンバータ部２３を備えており、このコンバータ部２３からの直流電力が電動ポンプ１のモータ部Ｍに供給される。

制御部２０は、エンジンＥの制御を行うため車体に備えられているＥＣＵが用いられ、この制御部２０は、運転座席近傍のコンソールでの空調設定部２４で設定される設定情報を取得できるように構成されている。また、この制御部２０は、スイッチ部２２によるブロックヒータ２への電力の制御と、コンバータ部２３でのモータ部Ｍへの電力の制御を行う。更に、この制御部２０では、電力線２１に対する電力供給の有無を、コンバータ部２３で変換された直流電力の電圧から判定できるように構成されている。

尚、制御部２０は、車体のバッテリーの電力により作動するものを想定しているが、コンバータ部２３からの電力によって作動するように構成しても良い。また、車体のＥＣＵを用いず、制御部２０を車体の外部に備えるように構成しても良い。

〔制御形態〕
前述したブロックヒータ２は、寒冷地においてエンジンＥの始動以前にエンジンＥの温度上昇を図るために備えられている。この暖機システムＡでは、エンジンＥの温度上昇を図る際において、空調設定部２４においてヒータコア５による暖房が選択されている場合には、エンジンＥの始動に伴い車内温度の迅速な上昇を可能にする。

尚、ブロックヒータ２で冷却水の温度上昇が図られた状態においてエンジンＥを始動した後には電動ポンプ１で冷却水の循環を行うために制御部２０による制御が行われ、水温センサ７の検知結果に基づいてラジエータファン３ａあるいはヒータファン５ａが駆動される。更に、第３電磁弁Ｖ３を開放してＥＧＲヒータ６に冷却水が供給される。

制御部２０の制御形態の概要を図２のフローチャートに示している。つまり、商用電源からの電力供給があったことを判定した場合に制御が実行され、最初にイニシャライズを行う(＃０１ステップ)。このイニシャライズでは、ヒータコア５における目標温度をヒータコア温目標値Ｔｈにセットし、トランスミッションの油温を油温目標値Ｔｍにセットし、冷却水の目標温度を水温目標値Ｔｅにセットする。

尚、この制御は、商用電源からの電力が供給されたことを判定することにより開始されるものを想定しているが、例えば、商用電源からの電力が供給された状態で、車両Ｂの電気回路が人為的にＯＮ操作された場合に制御を開始するものでも良い。

次に、水温センサ７の検知結果を水温Ｔｗにセットすると共に、空調設定部２４において車内を暖房する設定情報がある場合（暖房要求がある場合）には、水温Ｔｗとヒータコア温目標値Ｔｈとを比較し、水温Ｔｗがヒータコア温目標値Ｔｈより低い（Ｔｗ＜Ｔｈ）場合には第２電磁弁Ｖ２を開放してヒータコア５に通水し、ブロックヒータ２に通電し、モータ部Ｍに通電して電動ポンプ１を作動させる（＃０２〜＃０６ステップ）。

つまり、電力線２１が家庭用のコンセントに接続された状態で冷却水の加熱を行う際に、空調設定部２４において室内を暖房するスイッチ類がＯＮ状態にある場合には、ブロックヒータ２の熱により冷却水の温度上昇を図ると同時に、加熱された冷却水をヒータコア５に供給することでヒータコア５の温度上昇が図られる。また、この制御ではヒータコア５のヒータファン５ａは作動させない。

この制御において水温Ｔｗと水温目標値Ｔｅとを比較し、水温Ｔｗが水温目標値Ｔｅより低い（Ｔｗ＜Ｔｅ）ことを判定した場合には（＃０７ステップ）、＃０２ステップ以降の制御を再び行う。

また、＃０３ステップで暖房要求がない場合や、＃０４ステップで水温Ｔｗがヒータコア温目標値Ｔｈより高い（Ｔｗ≧Ｔｈ）ことを判定した場合には、第２電磁弁Ｖ２が閉じられ油温センサ８の検知結果に基づいてトランスミッションの油温の上昇を図る制御に移行する。

この油温の上昇を図る制御では、油温センサ８の検知結果を油温Ｔｃにセットすると共に、油温Ｔｃと油温目標値Ｔｍとを比較し、油温Ｔｃが油温目標値Ｔｍより低い（Ｔｃ＜Ｔｍ）場合には第１電磁弁Ｖ１を開放してトランスミッションヒータ４に通水して冷却水によりトランスミッションの油温の情報を図り（＃０８〜＃０１０ステップ）、＃０６ステップの制御に移行する。

この油温の上昇を図る制御は、油温Ｔｃが油温目標値Ｔｍより高い（Ｔｃ≧Ｔｍ）ことを判定した場合に、第１電磁弁Ｖ１を閉じ、この油温Ｔｃの上昇を図る制御を終了することになる。これによりトランスミッションのオイル温の上昇が図られ、オイルの粘性が低下する。

尚、水温Ｔｗがヒータコア温目標値Ｔｈより高い（Ｔｗ≧Ｔｈ）ことを判定し、油温Ｔｃが油温目標値Ｔｍより高い（Ｔｃ≧Ｔｍ）ことを判定した場合には、第２電磁弁Ｖ２と第１電磁弁Ｖ１とが閉じた状態にあるため、冷却水はバイパス流路１３を流れることで循環することになる。

そして、＃０７ステップにおいて水温Ｔｗが水温目標値Ｔｅより高い（Ｔｗ≧Ｔｅ）ことを判定した場合には、ブロックヒータ２への通電を停止し、電動ポンプ１を停止して制御を終了する（＃０１１ステップ）。

このように制御を終了した時点では、少なくともトランスミッションの油温Ｔｃは油温目標値Ｔｍに達しており、冷却水の水温Ｔｗも水温目標値Ｔｅに達している。

この制御では、エンジンＥを始動する以前に冷却水の水温を高めることでエンジンＥの始動性を高めるだけでなく、車内の暖房を必要とする状況にある場合には、ヒータコア５を加熱するため、エンジンＥが始動した後には、既に温度上昇が図られたヒータコア５で温風を送り出し車内の迅速な温度上昇を実現する。

また、ヒータコア５を加熱した後には、トランスミッションのオイルを加熱することにより、オイルの粘性を低減し走行時の燃費を高めることが可能となる。

特に、この構成では、外部電源からの電力をブロックヒータ２に供給して冷却水の加熱を行うため、車体のバッテリーの電力を無駄に消費することがなく、大電力を利用して比較的短時間での加熱を実現する。

フローチャートで説明した制御では、単純な温度比較により電磁弁の開閉を行うものを説明したが、このような制御に代えてＰＩＤ制御等を行うものであっても良い。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）図３に示すように、第１流路１１と第２流路１２とを結ぶ第４中間流路Ｆ４（非暖房用流路の一例）を形成し、この第４中間流路Ｆ４での冷却水の流れを制御する第４電磁弁Ｖ４（流路設定機構の一例）を備える。

このように構成したものでは、例えば、ヒータコア５を流れる冷却水の水温Ｔｗがヒータコア温目標値Ｔｈに達し、トランスミッションの油温Ｔｃが油温目標値Ｔｍに達した後のように、冷却水の温度を更に上昇させる場合に、第４電磁弁Ｖ４だけを開放し、他の電磁弁は閉じることで冷却水を第４中間流路Ｆ４にだけ流すことによりエンジンＥの温度上昇を図ることが可能となる。

このように、第４中間流路Ｆ４は第１流路１１と第２流路１２とを結ぶバイパスとして機能するものであり、この別実施形態（ａ）の構成では、エンジンＥの温度上昇（暖機）をできるだけ短時間で実現したい場合に、第４電磁弁Ｖ４だけを開放し、他の電磁弁は閉じる制御を行うことも可能である。尚、この第４中間流路Ｆ４と第４電磁弁Ｖ４とを備えることによりバイパス流路１３を備えない構成を採用できる。

（ｂ）図４に示すように、商用電源の電力で走行用バッテリー２７の充電を行うプラグインハイブリッド車に適用する。この車両Ｂでは、商用電源に接続する電力線２１からの電力をＡＣ／ＤＣコンバータ２６で所定電圧の直流電流に変換して走行用バッテリー２７と補機バッテリー２８との充電を行う。これと同時に、走行用バッテリー２７と補機バッテリー２８とからの電力をインバータ２９により所定の電圧に変換した状態でブロックヒータ２と、電動ポンプ１のモータ部Ｍとに供給するように構成する。

この別実施形態（ｂ）でも、エンジンＥの温度上昇（暖機）を短時間で行い、必要な場合にはヒータコア５の加熱も実現する。尚、この別実施形態（ｂ）では、商用電源からの電力が供給されていることを制御部２０で判断した場合にブロックヒータ２と電動ポンプ１のモータ部Ｍとに供給するように制御形態を設定することが実用的である。

（ｃ）電力線２１が商用電源に接続する間は、冷却水の水温Ｔｗが水温目標値Ｔｅに達した後に制御を完全に終了するのではなく、例えば、一定インターバルで設定時間だけブロックヒータ２に通電し、電動ポンプ１を作動することで冷却水の水温Ｔｗを維持するように制御形態を設定しても良い。

（ｄ）ヒータコア５の温度を検知する専用の温度センサを備え、この温度センサの検知結果に基づいて第１電磁弁Ｖ１を制御するように制御形態を設定しても良い。

本発明は、車両の内燃機関の温度上昇を図る暖機システムに利用することができる。

１ 電動ポンプ
２ ブロックヒータ（電気ヒータ）
５ ヒータコア
２０ 制御部
Ａ 暖機システム
Ｂ 車両
Ｅ エンジン（内燃機関）
Ｆ１ 第１中間流路（非暖房用流路・オイル加熱流路）
Ｆ２ 第２中間流路（暖房用流路）
Ｆ３ 第３中間流路（非暖房用流路）
Ｆ４ 第４中間流路（非暖房用流路）
Ｖ１ 第１電磁弁（流路設定機構）
Ｖ２ 第２制御弁（流路設定機構）
Ｖ３ 第３電磁弁（流路設定機構）
Ｖ４ 第４制御弁（流路設定機構）

Claims (3)

1. 車両の内燃機関に冷却液を循環させる循環流路に接続する電動ポンプと、車外からの電力により前記内燃機関に供給される冷却液を加熱する電気ヒータとを備え、
   前記循環流路が、車内暖房用のヒータコアに冷却液を供給する暖房用流路と、当該暖房用流路を除く非暖房用流路とを含む複数の流路を備えており、
   前記内燃機関から送り出される冷却水を前記暖房用流路と前記非暖房用流路との少なくとも一方に供給可能な流路設定機構と、前記流路設定機構を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記電気ヒータに電力が供給されている状況で前記電動ポンプを作動させると共に、前記車両において人為的に設定されている設定情報に基づいて前記流路設定機構を制御して前記暖房用流路と前記非暖房用流路との一方に冷却液を供給する暖機システム。
2. 前記制御部は、前記設定情報として暖房を要求する情報を取得した場合に複数の前記流路のうち前記暖房用流路に冷却液を供給し、前記設定情報として暖房を要求しない情報を取得した場合に複数の前記流路のうち前記非暖房用流路に冷却液を供給するように前記流路設定機構を制御する請求項１に記載の暖機システム。
3. 前記非暖房用流路としてトランスミッションのオイルを加熱するオイル加熱流路を備え、
   前記制御部が前記流路設定機構を制御することにより前記暖房用流路に冷却液が供給され、この冷却液の供給により前記ヒータコアの温度が設定された温度を超えた場合に、前記オイル加熱流路に冷却液を供給する請求項２に記載の暖機システム。
   

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