JP2018123697A - 熱交換器及びエンジン暖機システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの冷間始動時にエンジンを早期暖機する。【解決手段】オイルクーラ４０は、断熱ケース４１とオイル流入孔４６とオイル流出孔４７とケース内オイル流路４３と冷却水流入孔４４と冷却水流出孔４５とケース内冷却水流路４２とを備える。オイルクーラ４０の内部には、オイルポンプ３３から圧送されてシリンダブロック２のメインギャラリ３へ向かうオイルとエンジン１の冷却水とが流通し、オイルと冷却水との間で熱交換が行われる。断熱ケース４１は、金属製の内壁４１ａと板状の外壁４１ｂとの間が真空層４８となるように形成された真空断熱二重構造のケースであって、断熱ケース４１の内部と外部との間の熱の移動を真空層４８によって抑制する。エンジン１の停止時には、断熱ケース４１内のケース内オイル流路４３にオイルが貯留され、断熱ケース４１内のケース内冷却水流路４２に冷却水が貯留される。【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器及びエンジン暖機システムに関する。

特許文献１には、車両用のオイルクーラが記載されている。オイルクーラのカバー体は、アルミニウム鋳物製で、一側壁には冷却水の取入れ口が設けられ、下側開放端部には冷却水の流出口が設けられる。また、カバー体の上壁にはオイルの入口と出口とが設けられる。カバー体の内側には、冷却エレメントが収容され、冷却エレメントは、オイルの入口と出口とに接続されてカバー体に固定される。カバー体の下側開放端部が、エンジンブロック壁面上の所定の位置に配設され、オイルクーラはエンジンブロックに組付けられる。オイルパンから吸い上げられたオイルが、カバー体の入口から冷却エレメントの各単位部材中に流入する一方、ラジエータ側の冷却水が、取入れ口からカバー体内に導入されてオイルとの熱交換が行われる。オイルは、オイル出口からエンジンの摺動部や軸受部に送られ、冷却水は、流出口からエンジン周囲のウォータジャケットに流れていく。

特開平１１−２３６８１１号公報

ところで、エンジンの冷間始動時には、オイルが低温であり、オイルの粘度が高いので、エンジンの摩擦抵抗が大きく、燃費の低下を招くおそれがある。これを回避するためには、冷間始動時にオイルの温度を所望の温度まで上昇させてエンジンを早期暖機することが望ましい。

そこで、本発明は、エンジンの冷間始動時にエンジンを早期暖機することが可能な熱交換器及びエンジン暖機システムの提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、オイルポンプから圧送されてエンジンブロック内のブロック内オイル流路へ向かうオイルと、所定の冷却回路を循環してエンジンを冷却する冷却水との間で熱交換を行う熱交換器であって、断熱ケースとケース内冷却水流路とケース内オイル流路と冷却水流入孔と冷却水流出孔とオイル流入孔とオイル流出孔とを備える。断熱ケースは、断熱構造である。ケース内冷却水流路は、断熱ケースの内部に設けられる。ケース内オイル流路は、断熱ケースの内部に設けられる。冷却水流入孔は、ケース内冷却水流路と断熱ケースの外部とを連通し、冷却回路に接続され、冷却回路からケース内冷却水流路への冷却水の流入を許容する。冷却水流出孔は、ケース内冷却水流路と断熱ケースの外部とを連通し、ケース内冷却水流路から断熱ケースの外部への冷却水の流出を許容する。オイル流入孔は、ケース内オイル流路と断熱ケースの外部とを連通し、オイルポンプ側からケース内オイル流路へのオイルの流入を許容する。オイル流出孔は、ケース内オイル流路と断熱ケースの外部とを連通し、ケース内オイル流路からブロック内オイル流路側へのオイルの流出を許容する。ケース内冷却水流路とケース内オイル流路とは、ケース内冷却水流路の冷却水とケース内オイル流路のオイルとの間で熱交換可能に隣接して配置される。ケース内冷却水流路及びケース内オイル流路は、エンジンの停止時に冷却水及びオイルを貯留する。

上記構成では、ケース内冷却水流路及びケース内オイル流路が、エンジンの停止時に冷却水及びオイルを貯留するので、エンジンの運転時に高温になった冷却水は、エンジンの停止時に断熱ケース内に保温された状態で貯留される。このため、エンジンを停止してエンジンが冷えた後、冷えた状態のエンジンを始動（以下、冷間始動という。）する場合であっても、断熱ケース内の温かい冷却水によって温められているケース内オイル流路のオイルを、ブロック内オイル流路へ流入させることができるので、低温のオイルに比べてオイルの粘度が低く、エンジンの摩擦抵抗を抑えることができ、燃費を向上させることができる。

また、ケース内冷却水流路とケース内オイル流路とは、ケース内冷却水流路の冷却水とケース内オイル流路のオイルとの間で熱交換可能に隣接して配置される。すなわち、ケース内冷却水流路の冷却水とケース内オイル流路のオイルとが、熱交換可能であるので、オイルが高温になったときには、高温のオイルよりも低温の冷却水をケース内冷却水流路に流通させることによって、熱交換器を水冷のオイルクーラとして機能させることができる。

本発明の第２の態様は、上記第１の態様の熱交換器を備えるエンジン暖機システムであって、開閉弁と弁制御手段とを備える。開閉弁は、冷却回路から熱交換器の冷却水流入孔への冷却水の流路を開閉する。弁制御手段は、少なくともエンジンの冷間始動時に、前記流路を閉止するように開閉弁を制御する。

上記構成では、弁制御手段は、少なくともエンジンの冷間始動時に、冷却回路から熱交換器の冷却水流入孔への冷却水の流路を閉止するように開閉弁を制御する。このため、エンジンの冷間始動時に、ケース内冷却水流路への低温の冷却水の流入を規制することができ、ケース内冷却水流路の冷却水の温度低下を防止することができる。これにより、ケース内オイル流路に貯留されているオイルの温度低下を防止することができるので、早期暖機が可能となる。

本発明の第３の態様は、上記第２の態様のエンジン暖機システムであって、水温検出手段を備える。水温検出手段は、冷却回路の冷却水の温度を検出する。弁制御手段は、エンジンの始動後、水温検出手段が検出した冷却水の温度が所定の温度よりも高くなったときに、冷却回路から熱交換器の冷却水流入孔への冷却水の流路を開放するように開閉弁を制御する。

上記構成では、弁制御手段は、エンジンの始動後、水温検出手段が検出した冷却水の温度が所定の温度よりも高くなったときに、流路を開放するように開閉弁を制御する。このため、上記所定の温度を適切に設定することにより、エンジンの始動後に温かくなった冷却水をケース内冷却水流路へ流入させることができるので、ケース内冷却水流路へ流入した冷却水によってケース内オイル流路のオイルを温めることができ、早期暖機が可能となる。

本発明の第４の態様は、上記第２の態様または上記第３の態様のエンジン暖機システムであって、オイル調節手段とオイル制御手段とを備える。オイル調節手段は、ブロック内オイル流路に流入するオイルの流量を増減可能である。オイル制御手段は、エンジンの冷間始動時に、ブロック内オイル流路に流入するオイルの流量を、調節可能な最大流量よりも少なくするようにオイル調節手段を制御する。

上記構成では、オイル制御手段は、エンジンの冷間始動時にブロック内オイル流路に流入するオイルの流量を、調節可能な最大流量よりも少なくするようにオイル調節手段を制御する。すなわち、エンジンの冷間始動時にブロック内オイル流路に流入するオイルが、最大流量よりも少ないので、その分だけケース内オイル流路からの温かいオイルが、長い時間をかけてエンジンブロック内を流通する。このように、温かいオイルをエンジンブロック内に長い時間滞在させることができるので、その分だけ早期暖機が可能となる。

本発明によれば、エンジンの冷間始動時にエンジンを早期暖機することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジン暖機システムの構成図である。 本発明の一実施形態に係るオイルクーラの説明図である。 図２のオイルクーラの断面図であり、（ａ）はIIIａ−IIIａ矢視断面を、（ｂ）はIIIｂ−IIIｂ矢視断面をそれぞれ示す。 本発明の一実施形態に係るエンジン暖機システムのブロック図である。 本発明の一実施形態に係るエンジン暖機システムのフローチャートである。 暖機開始時等の冷却水の流れを説明する構成図である。 暖機中の冷却水の流れを説明する構成図である。 暖機完了後の冷却水の流れを説明する構成図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図中における冷却回路上の矢印は冷却水の流れ方向を、一点鎖線は冷却水の流れがないことをそれぞれ示している。また、弁記号における白抜きは開放状態を、黒塗りは閉止状態を、斜線入りは抑制状態をそれぞれ示す。

図１に示すように、エンジン暖機システム１０は、例えば、車両のエンジン１に適用される。車両は、エンジン１を冷却するためのエンジン冷却装置２０と、エンジン１を潤滑にするためのエンジン潤滑装置３０とを有する。なお、図１、及び図６〜図８では、エンジン冷却装置２０とエンジン潤滑装置３０とを分かり易くするために、エンジン１を２つに分けて図示しているが、２つのエンジン１は、同一のエンジン１である。

エンジン冷却装置２０は、エンジン１の冷却水が循環する所定の冷却回路２１を有する。冷却回路２１には、エンジン１の冷却水を冷却するためのラジエータ２２が設けられる。なお、本発明における冷却水とは、水のみの冷却水に限定されず、エンジン１を冷却する液状の冷媒という意味で使用しており、例えば、水に不凍液や防腐剤等を混ぜたものを含む。

冷却水の冷却回路２１は、第１流路２３と第２流路２４とバイパス流路２５とを有する。第１流路２３は、エンジン１の冷却水出口１ａとラジエータ２２の冷却水入口２２ａとを連結する。第１流路２３には、バイパス流路２５へ分岐する分岐部２６が設けられ、分岐部２６にはサーモスタット２７が設けられる。第２流路２４は、ラジエータ２２の冷却水出口２２ｂとエンジン１の冷却水入口１ｂとを連結する。第２流路２４には、バイパス流路２５からの合流部２８が設けられる。バイパス流路２５は、第１流路２３の分岐部２６のサーモスタット２７と第２流路２４の合流部２８とを連結する。第２流路２４のうちエンジン１の冷却水入口１ｂの近傍には、冷却水を圧送するポンプ（図示省略）が設けられる。

サーモスタット２７は、予め設定されたサーモスタット開閉温度Ｔｗ１よりも冷却水の温度が低いときに、エンジン１の冷却水出口１ａ側からラジエータ２２の冷却水入口２２ａ側への冷却水の流路を閉止し、エンジン１の冷却水出口１ａ側からバイパス流路２５側への冷却水の流路を開放する。冷却水の温度がサーモスタット開閉温度Ｔｗ１よりも低いときには、ポンプに圧送された冷却水は、エンジン１内を流通してエンジン１の冷却水出口１ａから流出し、サーモスタット２７からバイパス流路２５へ流入することによりラジエータ２２をバイパスし、エンジン１の冷却水入口１ｂの近傍のポンプ側へ循環する。一方、サーモスタット２７は、冷却水の温度がサーモスタット開閉温度Ｔｗ１よりも高いときに、エンジン１の冷却水出口１ａ側からバイパス流路２５側への冷却水の流路を閉止し、エンジン１の冷却水出口１ａ側からラジエータ２２の冷却水入口２２ａ側への冷却水の流路を開放する。冷却水の温度がサーモスタット開閉温度Ｔｗ１よりも高いときには、ポンプに圧送された冷却水は、エンジン１内を流通してエンジン１の冷却水出口１ａから流出し、第１流路２３を流通してラジエータ２２へ流入してラジエータ２２に冷却され、ラジエータ２２から流出して第２流路２４を流通してエンジン１の冷却水入口１ｂの近傍のポンプ側へ循環する。なお、サーモスタット開閉温度Ｔｗ１は、エンジン１が十分に暖まった暖機完了時にエンジン１の冷却水出口１ａから流出する冷却水の温度と略同じ、または前記温度よりも高く設定される。

エンジン潤滑装置３０は、エンジン１の下方に配置されるオイルパン３１のオイルを吸い上げてエンジン１内へ圧送するオイルポンプ３３を有する。オイルポンプ３３は、オイルパン３１のオイル内に配置されるオイルストレーナ３２を介してオイルを吸い上げる。オイルポンプ３３に吸い上げられて圧送されたオイルは、オイルフィルタ３４でろ過された後、エンジン１のシリンダブロック（エンジンブロック）２内のオイルの流路であるメインギャラリ（ブロック内オイル流路）３へ流入し、さらにシリンダヘッド４内のオイルの流路であるヘッドギャラリ５へ流入し、エンジン１の被潤滑部６（ピストンやカムシャフト等）を潤滑にした後、オイルパン３１へ流下する。

エンジン暖機システム１０は、オイルクーラ（熱交換器）４０と、冷却水バルブ（開閉弁）１２と、水温センサ（水温検出手段）１４と、オイルバルブ（オイル調節手段）１３と、オイル温度センサ１６と、コントローラ（弁制御手段、オイル制御手段）１５（図４参照）とを備える。

図１に示すように、オイルクーラ４０は、オイルポンプ３３とシリンダブロック２のメインギャラリ３との間のオイル流路のうち、オイルポンプ３３とオイルフィルタ３４との間のオイル流路３５に接続されるとともに、エンジン１の冷却回路２１に接続される。オイルクーラ４０の内部には、オイルポンプ３３から圧送されてシリンダブロック２のメインギャラリ３へ向かうオイルとエンジン１の冷却水とが流通し、オイルと冷却水との間で熱交換が行われる。オイルクーラ４０は、シリンダブロック２のメインギャラリ３への入口７の近傍に配置される。

図２、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、オイルクーラ４０は、断熱ケース４１と、オイル流入孔４６と、オイル流出孔４７と、ケース内オイル流路４３と、冷却水流入孔４４と、冷却水流出孔４５と、ケース内冷却水流路４２とを備える。

断熱ケース４１は、金属製（例えば、ステンレス製）の板状の内壁４１ａと板状の外壁４１ｂとを有し、内壁４１ａと外壁４１ｂとの間が真空層４８となるように、内壁４１ａの外縁と外壁４１ｂの外縁とを連結して形成された真空断熱二重構造の略直方体形状のケースであって、断熱ケース４１の内壁４１ａの内側（以下、断熱ケース４１の内部という。）と外壁４１ｂの外側（以下、断熱ケース４１の外部という。）との間の熱の移動を真空層４８によって抑制する。なお、本発明における断熱構造とは、断熱ケース４１の内部から外部への熱の移動を完全に遮断する構造のみならず、断熱ケース４１の内部から外部への熱の移動を抑制して保温する構造を含む。また、内壁４１ａの内面に鏡面加工を施し、または真空層４８に銅箔を設けるなどして、内部から外部への熱放射を抑えてもよい。

図２に示すように、オイル流入孔４６は、断熱ケース４１の所定方向（図２における左右方向。以下、第１方向という。）の一側（図２中の右側）の面部５４（下面部を除く）に形成され、断熱ケース４１の内部と外部とを連通する。オイル流入孔４６は、オイルポンプ３３（図１参照）からのオイル流路３５ａに接続され、オイルポンプ３３側から断熱ケース４１の内部へのオイルの流入を許容する。

オイル流出孔４７は、断熱ケース４１の第１方向の他側（図２中の左側）の面部５５（下面部を除く）に形成され、断熱ケース４１の内部と外部とを連通する。オイル流出孔４７は、オイルフィルタ３４（図１参照）へ連続するオイル流路３５ｂに接続され、断熱ケース４１の内部からオイルフィルタ３４側へのオイルの流出を許容する。すなわち、オイル流出孔４７は、断熱ケース４１の内部からシリンダブロック２のメインギャラリ３側へのオイルの流出を許容する。

ケース内オイル流路４３は、断熱ケース４１内をオイル流入孔４６とオイル流出孔４７との間で連続して延びるオイル流路であって、断熱ケース４１内の第１方向の一側の端部の空間である上流流路４３ａと、断熱ケース４１内の第１方向の他側の端部の空間である下流流路４３ｂと、上流流路４３ａと下流流路４３ｂとの間に配置されて上流流路４３ａと下流流路４３ｂとを連結する熱交換流路４３ｃとによって構成される。上流流路４３ａは、オイル流入孔４６を介してオイルポンプ３３側のオイル流路３５ａと連通し、下流流路４３ｂは、オイル流出孔４７を介してオイルフィルタ３４側のオイル流路３５ｂと連通する。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、熱交換流路４３ｃは、熱伝導性が高い金属製（例えば、アルミ合金製）の薄板状の複数（本実施形態では、６枚）の板体５１ａ〜５１ｆによって、複数（本実施形態では、３つ）の層状に形成される。複数の板体５１ａ〜５１ｆは、互いに離間して対向するように配置され、板体５１ａと板体５１ｂとの間、板体５１ｃと板体５１ｄとの間、及び板体５１ｅと板体５１ｆとの間に３つの熱交換流路４３ｃを区画する。両端の板体５１ａ，５１ｆは、断熱ケース４１の内壁４１ａから離間した位置に配置される。板体５１ａと板体５１ｂとの間、板体５１ｃと板体５１ｄとの間、及び板体５１ｅと板体５１ｆとの間には、フィン５２が設けられる。３つの熱交換流路４３ｃの第１方向と交叉する方向（図２における上下方向。以下、第２方向という。）の両端面は、板体５１ａ〜５１ｆの第２方向の両端部に固定される閉止板５３によってそれぞれ閉止される。すなわち、熱交換流路４３ｃは、板体５１ａ〜５１ｆ及び閉止板５３によって区画される。閉止板５３は、板体５１ａ〜５１ｆと同様に、熱伝導性が高い金属製の薄板状であり、断熱ケース４１の内壁４１ａに対して固定される。

図２、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、上流流路４３ａは、断熱ケース４１の第１方向の一側の面部５４の内壁４１ａから第１方向の他側へ離間した位置に配置される複数（本実施形態では、４枚）の仕切壁４９と、断熱ケース４１の内壁４１ａとによって区画され、オイル流入孔４６を介してオイル流路３５ａと連通する。複数の仕切壁４９は、後述するケース内冷却水流路４２である断熱ケース４１の内壁４１ａと板体５１ａとの間の空間４２ａ、板体５１ｂと板体５１ｃとの間の空間４２ｂ、板体５１ｄと板体５１ｅとの間の空間４２ｃ、及び板体５１ｆと断熱ケース４１の内壁４１ａとの間の空間４２ｄの第１方向の一側の端面を塞ぐ。これにより、上流流路４３ａは、ケース内冷却水流路４２と連通することなく、熱交換流路４３ｃのみと連通する。

下流流路４３ｂは、断熱ケース４１の第１方向の他側の面部５５の内壁４１ａから一側へ離間した位置に配置される複数（本実施形態では、４枚）の仕切壁５０と、断熱ケース４１の内壁４１ａとによって区画され、オイル流出孔４７を介してオイル流路３５ｂと連通する。複数の仕切壁５０は、後述するケース内冷却水流路４２である断熱ケース４１の内壁４１ａと板体５１ａとの間の空間４２ａ、板体５１ｂと板体５１ｃとの間の空間４２ｂ、板体５１ｄと板体５１ｅとの間の空間４２ｃ、及び板体５１ｆと断熱ケース４１の内壁４１ａとの間の空間４２ｄの第１方向の他側の端面を塞ぐ。これにより、下流流路４３ｂは、ケース内冷却水流路４２と連通することなく、熱交換流路４３ｃのみと連通する。

エンジン１の運転時に、オイルポンプ３３に圧送されたオイルは、オイル流路３５ａを流通してオイル流入孔４６から断熱ケース４１の上流流路４３ａへ流入し、熱交換流路４３ｃを流通して下流流路４３ｂへ流入し、オイル流出孔４７からオイルフィルタ３４側のオイル流路３５ｂへ流出する。ケース内オイル流路４３のオイルは、エンジン１の停止時に、断熱ケース４１内のケース内オイル流路４３に貯留される。

図２、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、冷却水流入孔４４は、断熱ケース４１の第２方向の一側（図２中の下側）の面部５６（下面部を除く）のうち、第１方向の一側の仕切壁４９と他側の仕切壁５０との間の領域の仕切壁５０の近傍に形成され、断熱ケース４１の内部と外部とを連通する。すなわち、冷却水流入孔４４は、ケース内オイル流路４３の熱交換流路４３ｃの下流側に設けられる。冷却水流入孔４４は、後述するケース内冷却水流路４２である断熱ケース４１の内壁４１ａと板体５１ａとの間の空間４２ａ、板体５１ｂと板体５１ｃとの間の空間４２ｂ、板体５１ｄと板体５１ｅとの間の空間４２ｃ、及び板体５１ｆと断熱ケース４１の内壁４１ａとの間の空間４２ｄと連通する大きさに形成される。冷却水流入孔４４は、ケース内オイル流路４３の熱交換流路４３ｃと連通することなく、後述するケース内冷却水流路４２のみと連通する。冷却水流入孔４４は、エンジン１の冷却回路２１に後述する冷却水バルブ１２を介して接続され、冷却回路２１から断熱ケース４１の内部への冷却水の流入を許容する（図１参照）。

冷却水流出孔４５は、断熱ケース４１の第２方向の他側（図２中の上側）の面部５７（下面部を除く）のうち、第１方向の一側の仕切壁４９と他側の仕切壁５０との間の領域の仕切壁４９の近傍に形成され、断熱ケース４１の内部と外部とを連通する。すなわち、冷却水流出孔４５は、ケース内オイル流路４３の熱交換流路４３ｃの上流側に設けられる。冷却水流出孔４５は、後述するケース内冷却水流路４２である断熱ケース４１の内壁４１ａと板体５１ａとの間の空間４２ａ、板体５１ｂと板体５１ｃとの間の空間４２ｂ、板体５１ｄと板体５１ｅとの間の空間４２ｃ、及び板体５１ｆと断熱ケース４１の内壁４１ａとの間の空間４２ｄと連通する大きさに形成される。冷却水流出孔４５は、ケース内オイル流路４３の熱交換流路４３ｃと連通することなく、後述するケース内冷却水流路４２のみと連通する。冷却水流出孔４５は、エンジン１の冷却回路２１の第２流路２４のうち後述する冷却水バルブ１２よりも下流側に接続され、断熱ケース４１の内部から冷却回路２１への冷却水の流出を許容する（図１参照）。

図２、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、ケース内冷却水流路４２は、断熱ケース４１内を冷却水流入孔４４と冷却水流出孔４５との間で連続して延びる冷却水の流路であって、断熱ケース４１の内壁４１ａと、ケース内オイル流路４３の熱交換流路４３ｃを区画する複数の板体５１ａ〜５１ｆとによって、複数（本実施形態では、４つ）の層状に形成される。すなわち、ケース内冷却水流路４２は、断熱ケース４１の内壁４１ａと板体５１ａとの間の空間４２ａ、板体５１ｂと板体５１ｃとの間の空間４２ｂ、板体５１ｄと板体５１ｅとの間の空間４２ｃ、及び板体５１ｆと断熱ケース４１の内壁４１ａとの間の空間４２ｄであって、ケース内オイル流路４３の熱交換流路４３ｃと交互に重なるように配置される。冷却水流入孔４４からケース内冷却水流路４２へ流入した冷却水は、ケース内冷却水流路４２を流通して冷却水流出孔４５から流出する。ケース内冷却水流路４２とケース内オイル流路４３の熱交換流路４３ｃとは、熱伝導性が高い金属製の薄板状の板体５１ａ〜５１ｆによって仕切られて隣接し、ケース内冷却水流路４２の冷却水とケース内オイル流路４３の熱交換流路４３ｃのオイルとの間で熱交換可能である。ケース内冷却水流路４２内の冷却水は、エンジン１の停止時に、断熱ケース４１内のケース内冷却水流路４２に貯留される。

図１に示すように、冷却水バルブ１２は、３つの流路２９ａ，２９ｂ，２９ｃに接続される三方弁であって、オイルクーラ４０の冷却水流入孔４４へ連続する流路２９ａ、冷却回路２１のバイパス流路２５から分岐した流路２９ｂ、及び冷却回路２１の第２流路２４から分岐した流路２９ｃに接続される。冷却水バルブ１２は、冷却回路２１からオイルクーラ４０の冷却水流入孔４４への冷却水の流路２９ａ，２９ｂ，２９ｃを開閉する。冷却水バルブ１２は、第１状態、第２状態、及び第３状態の３つの状態にすることができる。

第１状態の冷却水バルブ１２は、３つの流路２９ａ，２９ｂ，２９ｃを全て閉止した状態であり、冷却回路２１の冷却水を、オイルクーラ４０のケース内冷却水流路４２へ流入させない（図６参照）。

第２状態の冷却水バルブ１２は、オイルクーラ４０の冷却水流入孔４４へ連続する流路２９ａ及び冷却回路２１のバイパス流路２５から分岐した流路２９ｂを開放し、冷却回路２１の第２流路２４から分岐した流路２９ｃを閉止した状態であり、冷却回路２１のバイパス流路２５の冷却水を、オイルクーラ４０のケース内冷却水流路４２へ流入させる（図７参照）。

第３状態の冷却水バルブ１２は、オイルクーラ４０の冷却水流入孔４４へ連続する流路２９ａ及び冷却回路２１の第２流路２４から分岐した流路２９ｃを開放し、冷却回路２１のバイパス流路２５から分岐した流路２９ｂを閉止した状態であり、冷却回路２１の第２流路２４の冷却水を、オイルクーラ４０のケース内冷却水流路４２へ流入させる（図８参照）。

水温センサ１４は、エンジン１の冷却水出口１ａの近傍に配置され、エンジン１に近い位置でエンジン１の冷却水の温度（以下、冷却水温という）を逐次検出し、検出した冷却水温をコントローラ１５へ出力する。

オイルバルブ１３は、オイルクーラ４０のオイル流出孔４７とオイルフィルタ３４との間のオイル流路３５ｂに設けられ、オイルクーラ４０からオイルフィルタ３４側へ流出するオイルの流量を増減可能である。すなわち、オイルバルブ１３は、メインギャラリ３側に流入するオイルの流量を増減可能である。オイルバルブ１３は、メインギャラリ３側へのオイルの流量が最大流量となる全開状態と、全開状態よりも絞られて全開状態よりもオイルの流量を抑えた抑制状態とに設定可能である。なお、抑制状態のオイルバルブ１３の開度には、エンジン１の運転に最低限必要なオイルの流量を確保できる開度を実験やシミュレーション等によって求め、求めた開度が設定される。

オイル温度センサ１６は、オイルフィルタ３４とメインギャラリ３との間のオイルの温度（以下、オイル温度という。）を逐次検出し、検出したオイル温度をコントローラ１５へ出力する。なお、オイル温度センサ１６は、オイルフィルタ３４とメインギャラリ３との間のオイルの温度を検出するものに限定されず、上記と異なる位置のオイルの温度を検出するオイル温度センサ１６であってもよい。

図４に示すように、コントローラ１５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５８や記憶部５９を有する。記憶部５９は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記録媒体によって構成される。記憶部５９には、ＣＰＵ５８によって読み出されるプログラムや種々のデータ（水温閾値（所定の温度）Ｔｗ２、オイルの目標温度下限値Ｔｏ１、及びオイルの目標温度上限値Ｔｏ２を含む）が予め記憶される。また、記憶部５９には、水温センサ１４が検出した冷却水温、オイル温度センサ１６が検出したオイル温度、及び各種データなどが読み書き自在に記憶されるデータ記憶領域が予め設定されている。記憶部５９は、上記データ記憶領域以外にも、ＣＰＵ５８の演算結果の一時記憶領域等として機能する。なお、水温閾値Ｔｗ２は、サーモスタット開閉温度Ｔｗ１よりも低い値であって、エンジン１の冷間始動後に冷却水温が上昇してオイル温度よりも高くなる時の値を実験やシミュレーション等によって求め、求めた値が設定される。また、オイルの目標温度下限値Ｔｏ１は、エンジン１のオイルが十分に温まって暖機が完了した時の値を実験やシミュレーション等によって求め、求めた値が設定される。また、オイルの目標温度上限値Ｔｏ２は、目標温度下限値Ｔｏ１よりも高い値であって、且つエンジン１のオイルが効果的にその機能を発揮できる値が設定される。

ＣＰＵ５８は、記憶部５９に記憶されたプログラムを実行することによって、冷却水バルブ１２とオイルバルブ１３とを制御する弁制御手段及びオイル制御手段として機能する。具体的には、ＣＰＵ５８は、水温センサ１４が検出した冷却水温、及びオイル温度センサ１６が検出したオイル温度に基づいて、冷却水バルブ１２を第１状態、第２状態及び第３状態の間で状態を切り替えると共に、オイルバルブ１３を全開状態と抑制状態とに切り替える。

次に、コントローラ１５のＣＰＵ５８が実行する処理について、図５のフローチャートに基づいて説明し、冷却水及びオイルの流れについて図６〜図８に基づいて説明する。ＣＰＵ５８は、エンジン１の始動によって本処理を開始し、所定時間毎に繰り返して本処理を実行し、エンジン１の停止によって本処理を終了する。

本処理を開始すると、ＣＰＵ５８は、オイル温度センサ１６が検出したオイル温度と目標温度下限値Ｔｏ１とを比較する（ステップＳ１）。オイル温度が目標温度下限値Ｔｏ１よりも低い場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５８は、ステップＳ２へ移行する。一方、オイル温度が目標温度下限値Ｔｏ１よりも高い場合（ステップＳ１：ＮＯ）、ＣＰＵ５８は、ステップＳ５へ移行する。すなわち、ＣＰＵ５８は、オイル温度が目標温度下限値Ｔｏ１よりも低く、オイル温度を上昇させたい時（暖機開始時、及び暖機中）には、ステップＳ２へ移行し、一方、オイル温度が目標温度下限値Ｔｏ１よりも高い暖機完了後には、ステップＳ５へ移行する。

ステップＳ２では、ＣＰＵ５８は、水温センサ１４が検出した冷却水温と水温閾値Ｔｗ２とを比較する。冷却水温が水温閾値Ｔｗ２よりも低い場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５８は、冷却水バルブ１２を第１状態にするとともに、オイルバルブ１３を抑制状態にする（ステップＳ３、図６参照）。すなわち、オイル温度が目標温度下限値Ｔｏ１よりも低く、且つ冷却水温が水温閾値Ｔｗ２よりも低いときに、ＣＰＵ５８は、エンジン１の冷間始動時であると判定し、暖機を開始するために、または暖機を継続するために、冷却回路２１の冷却水をオイルクーラ４０のケース内冷却水流路４２へ流入させず、且つ、メインギャラリ３側に流入するオイルの流量を最大流量に対して抑えた流量にする。

一方、冷却水温が水温閾値Ｔｗ２よりも高い場合（ステップＳ２：ＮＯ）、ＣＰＵ５８は、冷却水バルブ１２を第２状態にするとともに、オイルバルブ１３を全開状態にする（ステップＳ４、図７参照）。すなわち、暖機中に冷却水温が上昇してオイル温度よりも高くなったときには、冷却回路２１のバイパス流路２５の冷却水を、オイルクーラ４０のケース内冷却水流路４２へ流入させる。

ステップＳ５では、オイル温度センサ１６が検出したオイル温度と目標温度上限値Ｔｏ２とを比較する。オイル温度が目標温度上限値Ｔｏ２よりも低い場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、ＣＰＵ５８は、冷却水バルブ１２を第１状態にするとともに、オイルバルブ１３を全開状態にする（ステップＳ６）。すなわち、暖機完了後にオイル温度が適温になっている場合には、冷却回路２１の冷却水をオイルクーラ４０のケース内冷却水流路４２へ流入させない。

一方、オイル温度が目標温度上限値Ｔｏ２よりも高い場合（ステップＳ５：ＮＯ）、ＣＰＵ５８は、冷却水バルブ１２を第３状態にするとともに、オイルバルブ１３を全開状態にする（ステップＳ７、図８参照）。すなわち、暖機完了後にオイル温度が適温よりも高くなってきたときには、冷却回路２１の第２流路２４の冷却水をオイルクーラ４０のケース内冷却水流路４２へ流入させる。

上記のように構成されたエンジン暖機システム１０では、オイルクーラ４０の断熱ケース４１内のケース内オイル流路４３及びケース内冷却水流路４２は、エンジン１の停止時に、オイル及び冷却水を貯留するので、エンジン１の運転時に高温になった冷却水は、エンジン１の停止時に断熱ケース４１内に保温された状態で貯留される。このため、次にエンジン１を始動する際に、断熱ケース４１内の温かい冷却水によって温められ、且つ断熱ケース４１によって保温されているケース内オイル流路４３の温かいオイルを、エンジン１のメインギャラリ３へ流入させることができる。このように、エンジン１の冷間始動時に、低温のオイルに比べてオイルの粘度が低い温かいオイルをメインギャラリ３へ流入させることができるので、エンジン１の摩擦抵抗を抑えることができ、燃費を向上させることができる。

また、コントローラ１５は、オイル温度が目標温度下限値Ｔｏ１よりも低く、且つ冷却水温が水温閾値Ｔｗ２よりも低い冷間始動時に、冷却回路２１の冷却水をオイルクーラ４０のケース内冷却水流路４２へ流入させない。このため、冷却回路２１の低温の冷却水の流入によるケース内オイル流路４３のオイルの温度低下を防止することができ、暖機を促進することができる。

また、コントローラ１５は、オイル温度が目標温度下限値Ｔｏ１よりも低く、且つ冷却水温が水温閾値Ｔｗ２よりも低い冷間始動時に、メインギャラリ３側に流入するオイルの流量を最大流量に対して抑えた流量にする。このため、オイルの流量を最大流量に対して抑えた分だけケース内オイル流路４３からの温かいオイルが、長い時間をかけてシリンダブロック２内のメインギャラリ３や、シリンダヘッド４内のヘッドギャラリ５を流通する。オイルクーラ４０のケース内オイル流路４３に貯留されているオイルの量は限られているので、限られた量の温かいオイルをメインギャラリ３やヘッドギャラリ５に長い時間滞在させることによって、オイルを最大流量でメインギャラリ３等に流通させてオイルパン３１へ流下させる場合とは異なり、オイルの熱をエンジン１側へ十分に伝えることができ、早期暖機が可能となる。

また、コントローラ１５は、暖機中に冷却水温が上昇してオイル温度よりも高くなったときには、冷却回路２１のバイパス流路２５の冷却水を、オイルクーラ４０のケース内冷却水流路４２へ流入させる。このため、ケース内冷却水流路４２へ流入した冷却水によってケース内オイル流路４３のオイルを温めることができ、早期暖機が可能となる。

また、オイルクーラ４０は、シリンダブロック２のメインギャラリ３への入口７の近傍に配置されるので、オイルクーラ４０のオイル流出孔４７からシリンダブロック２のメインギャラリ３までの距離を短くすることができ、その分だけメインギャラリ３に流入するオイルの温度低下を防止することができる。このため、比較的高温のオイルをメインギャラリ３に流入させることができるので、さらに早期暖機が可能となる。

また、コントローラ１５は、暖機完了後にオイル温度が適温よりも高くなってきたときには、冷却回路２１の第２流路２４の冷却水をオイルクーラ４０のケース内冷却水流路４２へ流入させる。すなわち、暖機完了後の通常走行時には、オイルクーラ４０は、冷却水によってオイルを冷却するという水冷のオイルクーラ４０として機能する。このように、通常走行時にオイルを冷却するオイルクーラ４０のケースを断熱構造にするという簡単な構造で、オイルクーラ４０を利用してエンジン１の冷間始動時にエンジン１を早期暖機することができる。

従って、本実施形態によれば、エンジン１の冷間始動時にエンジン１を早期暖機することができる。

なお、本実施形態では、通常走行時に冷却水によってオイルを冷却する熱交換器をオイルクーラ４０と称したが、熱交換器の名称は、これに限定されるものではない。例えば、熱交換器は、暖機時にはオイルを保温・加熱するオイルウォーマーとしても機能するので、熱交換器をオイルウォーマーと称してもよいし、或いは他の名称であってもよい。

また、本実施形態では、断熱ケース４１を略直方体形状としたが、断熱ケース４１の形状は、これに限定されるものではない。

また、本実施形態では、オイルクーラ４０のオイル流入孔４６を断熱ケース４１の第１方向の一側の面部５４に形成し、オイル流出孔４７を断熱ケース４１の第１方向の他側の面部５５に形成したが、これに限定されるものではなく、断熱ケース４１の下面部以外のいずれの面部に形成してもよい。例えば、オイル流入孔４６及びオイル流出孔４７の双方を断熱ケース４１の上面部に形成してもよい。この場合、エンジン１の停止時に、断熱ケース４１内のケース内オイル流路４３に好適にオイルを貯留することができる。

また、本実施形態では、オイルクーラ４０の冷却水流入孔４４を断熱ケース４１の第２方向の一側の面部５６に形成し、冷却水流出孔４５を断熱ケース４１の第２方向の他側の面部５７に形成したが、これに限定されるものではなく、断熱ケース４１の下面部以外のいずれの面部に形成してもよい。例えば、冷却水流入孔４４及び冷却水流出孔４５を断熱ケース４１の双方を断熱ケース４１の上面部に形成してもよい。この場合、エンジン１の停止時に、断熱ケース４１内のケース内冷却水流路４２に好適に冷却水を貯留することができる。

また、本実施形態では、オイルクーラ４０の熱交換流路４３ｃを、板体５１ａ〜５１ｆ及び閉止板５３によって区画し、熱交換流路４３ｃにフィン５２を設けたが、熱交換流路４３ｃはこれに限定されるものではなく、例えば、チューブ内にフィンが一体的に設けられたインナーフィンチューブを断熱ケース４１内に設け、インナーフィンチューブの内部の空間を熱交換流路４３ｃとしてもよい。

また、本実施形態では、断熱ケース４１の断熱構造を、金属製（例えば、ステンレス製）の板状の内壁４１ａと板状の外壁４１ｂとの間が真空層４８となる真空断熱二重構造としたが、断熱ケース４１の断熱構造は、これに限定されるものではなく、断熱ケース４１の内部の冷却水やオイルを保温可能な構造であれば、他の構造であってもよい。例えば、断熱ケース４１の断熱構造を、内壁４１ａと外壁４１ｂとの間にバキュームインシュレーションパネル（真空断熱パネル）等を介在させた断熱構造としてもよい。

また、本実施形態では、オイルクーラ４０をシリンダブロック２のメインギャラリ３への入口７の近傍に配置したが、オイルクーラ４０の配置はこれに限定されるものではなく、オイルクーラ４０を他の場所に配置してもよい。

また、本実施形態では、冷却水バルブ１２を３つの流路２９ａ，２９ｂ，２９ｃに接続される三方弁としたが、これに限定されるものではない。例えば、オイルクーラ４０の冷却水流入孔４４への流路２９ａと冷却回路２１のバイパス流路２５から分岐した流路２９ｂとを接続する第１冷却水バルブ（開閉弁）、及びオイルクーラ４０の冷却水流入孔４４への流路２９ａと冷却回路２１の第２流路２４から分岐した流路２９ｃとを接続する第２冷却水バルブ（開閉弁）の２つの２方弁であってもよい。この場合、上記第１状態〜第３状態は、第１冷却水バルブ及び第２冷却水バルブを閉止した第１状態と、第１冷却水バルブを開放して第２冷却水バルブを閉止した第２状態と、第１冷却水バルブを閉止して第２冷却水バルブを開放した第３状態とであってもよい。

また、本実施形態では、オイルクーラ４０の冷却水流入孔４４を、冷却回路２１のうちのバイパス流路２５や第２流路２４に接続したが、これに限定されるものではなく、冷却回路２１の第１流路２３に接続してもよい。

また、本実施形態では、メインギャラリ３に流入するオイルの流量を増減させるオイル調節手段としてのオイルバルブ１３を、オイルクーラ４０とメインギャラリ３との間に設けたが、オイルバルブ１３を設ける位置はこれに限定されるものではなく、例えば、オイルバルブ１３をオイルポンプ３３とオイルクーラ４０との間に設けてもよい。

また、本実施形態では、メインギャラリ３に流入するオイルの流量を増減させるオイル調節手段としてオイルバルブ１３を設けたが、オイル調節手段はこれに限定されるものではなく、例えば、オイルポンプ３３に代えて流量可変式オイルポンプを設け、この流量可変式オイルポンプによってオイルパン３１から吸い上げるオイルの流量を増減してメインギャラリ３に流入するオイルの流量を増減させてもよい。

また、本実施形態では、抑制状態のオイルバルブ１３の開度を、エンジン１の運転に最低限必要なオイルの流量を確保できる開度としたが、これに限定されるものではなく、オイルの流量が最大流量よりも少ない所望の流量となるように、オイルバルブ１３の開度を設定することができる。

また、本実施形態では、コントローラ１５が、オイルバルブ１３を全開状態と抑制状態との２つの状態の間で切り替えたが、これに限定されるものではなく、少なくとも冷間始動時に抑制状態となるようにオイルバルブ１３を制御すればよい。

また、本実施形態では、１つのコントローラ１５を、オイル制御手段及び弁制御手段として機能させたが、これに限定されるものではなく、例えば、２つのコントローラを設け、該２つのコントローラのうちの一方をオイル制御手段として機能させ、他方を弁制御手段として機能させてもよい。

また、本実施形態では、水温センサ１４をエンジン１の冷却水出口１ａの近傍に配置したが、水温センサ１４の配置位置はこれに限定されるものではなく、ラジエータ２２をバイパスして循環している冷却水の温度を検出可能な位置に水温センサ１４を配置することができる。

また、冷却水の温度を検出する水温検出手段は、水温センサ１４に限定されず、冷却水の温度を検出可能であれば、他の方法であってもよい。

また、本実施形態では、水温センサ１４が検出した冷却水温、及びオイル温度センサ１６が検出したオイル温度に基づいて、オイル温度が目標温度下限値Ｔｏ１よりも低く、且つ冷却水温が水温閾値Ｔｗ２よりも低い場合に、エンジン１が冷間始動したと判定したが、エンジン１の冷間始動を判定する方法は、これに限定されるものではない。例えば、水温センサ１４が検出した冷却水温、及びオイル温度センサ１６が検出したオイル温度のいずれか一方に基づいて、エンジン１の冷間始動を判定してもよい。或いは、冷却水温またはオイル温度と外気温との差が所定の温度よりも小さい時や、エンジン１を停止してから始動するまでの経過時間が所定の時間よりも長いときにエンジン１が冷間始動したと判定してもよい。

また、本実施形態では、ステップＳ２において、ＣＰＵ５８は、水温センサ１４が検出した冷却水温と水温閾値Ｔｗ２とを比較したが、水温センサ１４が検出した冷却水温とオイル温度センサ１６が検出したオイル温度とを比較してもよい。この場合、ＣＰＵ５８は、冷却水温がオイル温度よりも低い場合に、ステップＳ３に移行し、冷却水温がオイル温度よりも高い場合に、ステップＳ４に移行してもよい。

また、コントローラ１５のＣＰＵ５８が実行する処理は、上記処理に限定されるものではなく、少なくとも、エンジン１の冷間始動時に冷却回路２１の冷却水をオイルクーラ４０のケース内冷却水流路４２へ流入させないように冷却水バルブ１２を制御し、暖機完了後にオイル温度が適温よりも高くなってきたときに、冷却回路２１の冷却水をオイルクーラ４０のケース内冷却水流路４２へ流入させるように冷却水バルブ１２を制御すればよい。

以上、本発明について、上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、当然に本発明を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。

例えば、上記実施形態では、エンジン１の冷間始動時にメインギャラリ３に流入するオイルの流量を増減可能なオイルバルブ１３を設けたが、オイルバルブ１３を設けなくてもよい。

また、上記実施形態では、本発明の一実施形態に係るエンジン暖機システム１０を車両のエンジン１に適用したが、車両以外のエンジンに適用してもよい。

１：エンジン
２：シリンダブロック（エンジンブロック）
３：メインギャラリ（ブロック内オイル流路）
１０：エンジン暖機システム
１２：冷却水バルブ（開閉弁）
１３：オイルバルブ（オイル調節手段）
１４：水温センサ（水温検出手段）
１５：コントローラ（弁制御手段、オイル制御手段）
２１：所定の冷却回路
３３：オイルポンプ
４０：オイルクーラ（熱交換器）
４１：断熱ケース
４２：ケース内冷却水流路
４３：ケース内オイル流路
４４：冷却水流入孔
４５：冷却水流出孔
４６：オイル流入孔
４７：オイル流出孔

Claims (4)

1. オイルポンプから圧送されてエンジンブロック内のブロック内オイル流路へ向かうオイルと、所定の冷却回路を循環してエンジンを冷却する冷却水との間で熱交換を行う熱交換器であって、
   断熱構造の断熱ケースと、
   前記断熱ケースの内部に設けられたケース内冷却水流路と、
   前記断熱ケースの内部に設けられたケース内オイル流路と、
   前記ケース内冷却水流路と前記断熱ケースの外部とを連通し、前記冷却回路に接続され、前記冷却回路から前記ケース内冷却水流路への冷却水の流入を許容する冷却水流入孔と、
   前記ケース内冷却水流路と前記断熱ケースの外部とを連通し、前記ケース内冷却水流路から前記断熱ケースの外部への冷却水の流出を許容する冷却水流出孔と、
   前記ケース内オイル流路と前記断熱ケースの外部とを連通し、前記オイルポンプ側から前記ケース内オイル流路へのオイルの流入を許容するオイル流入孔と、
   前記ケース内オイル流路と前記断熱ケースの外部とを連通し、前記ケース内オイル流路から前記ブロック内オイル流路側へのオイルの流出を許容するオイル流出孔と、を備え、
   前記ケース内冷却水流路と前記ケース内オイル流路とは、前記ケース内冷却水流路の冷却水と前記ケース内オイル流路のオイルとの間で熱交換可能に隣接して配置され、
   前記ケース内冷却水流路及び前記ケース内オイル流路は、前記エンジンの停止時に冷却水及びオイルを貯留する
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器を備えるエンジン暖機システムであって、
   前記冷却回路から前記熱交換器の前記冷却水流入孔への冷却水の流路を開閉する開閉弁と、
   少なくとも前記エンジンの冷間始動時に、前記流路を閉止するように前記開閉弁を制御する弁制御手段と、を備えた
   ことを特徴とするエンジン暖機システム。
3. 請求項２に記載のエンジン暖機システムであって、
   前記冷却回路の冷却水の温度を検出する水温検出手段を備え、
   前記弁制御手段は、前記エンジンの始動後、前記水温検出手段が検出した冷却水の温度が所定の温度よりも高くなったときに、前記流路を開放するように前記開閉弁を制御する
   ことを特徴とするエンジン暖機システム。
4. 請求項２または請求項３に記載のエンジン暖機システムであって、
   前記ブロック内オイル流路に流入するオイルの流量を増減可能なオイル調節手段と、
   前記エンジンの冷間始動時に、前記ブロック内オイル流路に流入するオイルの流量を、調節可能な最大流量よりも少なくするように前記オイル調節手段を制御するオイル制御手段と、を備えた
   ことを特徴とするエンジン暖機システム。

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