JP2018145920A - 車両のオイル循環システム - Google Patents

Abstract

【課題】システムの複雑化を抑制しつつ、化学蓄熱装置の再生時の熱量を確保し、再生時間を短縮することができる車両のオイル循環システムを提供する。【解決手段】化学蓄熱装置１１の再生時には、制御部３０は、オイルクーラ１０へ流れる冷却水が第１の循環量より少ない循環量となるように冷却水循環系統４を制御する。すなわち、化学蓄熱装置１１の再生時には、オイルクーラ１０に流れる冷却水が減少することにより、オイル循環系統２を循環するオイルの温度が高くなる。これにより、オイルと熱交換可能に配置されている反応器１２では、反応媒体の脱離を行っている反応材１８が、オイルから熱を吸熱することができる。更に、制御部３０がオイルクーラへ流れる冷却水が第１の循環量より少ない循環量となるように冷却水循環系統４を制御すればよいだけであるため、システムが複雑になることを抑制できる。【選択図】図１

Description

本発明は、車両のオイル循環システムに関する。

従来の車両のオイル循環システムとしては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載のオイル循環システムは、オイル循環系統のオイルパンに化学蓄熱装置を備えている。エンジンの起動時においては、化学蓄熱装置でオイルを加熱している。また、エンジンが高温になるときは、オイルを冷却している。

特開２０１０−１４８２８７号公報

ここで、化学蓄熱装置がオイルの加熱を行った後は、反応器から反応媒体を吸着器へ戻す再生が行われる。再生時には、反応器の反応材が熱を吸収することによって、反応媒体の脱離を行う。しかしながら、上記従来技術においては、再生時に反応材が反応媒体を脱離するための熱量が不十分となる場合があった。一方、当該熱量を確保するための機構を設ける場合、システムが複雑になるという問題がある。

本発明の目的は、システムの複雑化を抑制しつつ、化学蓄熱装置の再生時の熱量を確保し、再生時間を短縮することができる車両のオイル循環システムを提供することである。

本発明の一態様に係る車両のオイル循環システムは、車両のオイル循環システムであって、オイルを循環させるオイル循環系統と、冷却水を循環させる冷却水循環系統と、オイル循環系統に設けられ、オイルを加熱する化学蓄熱装置と、オイル循環システムを制御する制御部と、を備え、オイル循環系統は、オイルを圧送するオイルポンプと、冷却水循環系統の冷却水とオイルとの間で熱交換可能なオイルクーラと、を備え、冷却水循環系統は、冷却水を圧送する冷却水ポンプと、外気と冷却水との間で熱交換可能なラジエータと、を備え、化学蓄熱装置は、オイルに対して熱交換可能に配置され、反応媒体と化学反応して熱を発生させる反応材を有する反応器と、反応媒体を吸着する吸着材を有する吸着器と、反応器と吸着器とを接続する反応媒体流通系と、反応媒体流通系に設けられた開閉弁と、を備え、制御部は、開閉弁を開弁として反応器でオイルを加熱した後、オイルが第１の温度以上となると、開閉弁を閉弁とすると共に、第１の循環量に係る冷却水がオイルクーラに流れるように冷却水循環系統を制御し、化学蓄熱装置の再生時に、オイルクーラへ流れる冷却水が第１の循環量より少ない循環量となるように冷却水循環系統を制御する。

このような車両のオイル循環システムにおいて、制御部は、開閉弁を開弁として反応器でオイルを加熱した後、オイルが第１の温度以上となると、開閉弁を閉弁とすると共に、第１の循環量に係る冷却水がオイルクーラに流れるように冷却水循環系統を制御する。これにより、オイルが反応器で十分に加熱され、第１の温度以上になった後は、第１の循環量に係る冷却水をオイルクーラに流すことにより、オイルを冷却することができる。その一方で、化学蓄熱装置の再生時には、制御部は、オイルクーラへ流れる冷却水が第１の循環量より少ない循環量となるように冷却水循環系統を制御する。すなわち、化学蓄熱装置の再生時には、オイルクーラに流れる冷却水が減少することにより、オイル循環系統を循環するオイルの温度が高くなる。これにより、オイルと熱交換可能に配置されている反応器では、反応媒体の脱離を行っている反応材が、オイルから熱を吸熱することができる。このように、オイルの温度を高くすることにより、化学蓄熱装置の再生時の熱量を確保できる。更に、制御部がオイルクーラへ流れる冷却水が第１の循環量より少ない循環量となるように冷却水循環系統を制御すればよいだけであるため、システムが複雑になることを抑制できる。以上により、システムの複雑化を抑制しつつ、化学蓄熱装置の再生時の熱量を確保し、再生時間を短縮することができる。

制御部は、冷却水ポンプの回転数を制御することによって、オイルクーラへ流れる冷却水の循環量を制御してよい。この場合、冷却水ポンプの回転数を制御するだけのシンプルな動作にて、オイルクーラへ流れる冷却水の循環量を制御できる。

制御部は、オイルクーラをバイパスするバイパス流路へ冷却水を流すことによって、オイルクーラへ流れる冷却水の循環量を制御してよい。この場合には、冷却水ポンプの回転数を変化させることなく、又は回転数の変化を抑制した状態にて、オイルクーラへ流れる冷却水の循環量を制御できる。

本発明によれば、システムの複雑化を抑制しつつ、化学蓄熱装置の再生時の熱量を確保し、再生時間を短縮することができる車両のオイル循環システムが提供される。

本発明の実施形態に係る車両のオイル循環システムを示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る車両のオイル循環システムの制御部の制御処理の内容を示すフロー図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る車両のオイル循環システムを示す概略構成図である。図１において、オイル循環システム１は、内燃機関であるエンジン３を搭載した車両Ｓに具備されている。車両Ｓのオイル循環システム１は、オイル循環系統２と、冷却水循環系統４と、化学蓄熱装置１１と、制御部３０と、を備えている。

オイル循環系統２は、エンジン３内の各部を潤滑するためのオイルを循環させる。オイル循環系統２は、オイルパン８と、オイルポンプ９と、オイルクーラ１０とを備えている。オイルパン８は、オイルを溜めておく。エンジン３内の各部を流れたオイルは、配管１５を介してオイルパン８に戻る。オイルポンプ９は、オイルパン８に溜められたオイルを吸い上げてエンジン３に向けて圧送する。オイルクーラ１０は、冷却水循環系統４の冷却水とオイルとの間で熱交換可能な機器である。オイルクーラ１０は、オイルの温度が高くなり過ぎたときに、冷却水によりオイルを所定温度に冷却する。オイルクーラ１０を通過したオイルは、配管１６，１７を介してエンジン３に供給される。なお、オイルを冷却する理由は、オイルの過昇温による劣化を防ぐためである。

冷却水循環系統４は、冷却水ポンプ４０と、ラジエータ４１と、を備えている。冷却水ポンプ４０は、冷却水を圧送する。冷却水ポンプ４０から圧送された冷却水は、配管４２を介してオイルクーラ１０へ流れる。また、オイルクーラ１０を通過した冷却水は、配管４３を介してラジエータ４１へ戻る。ラジエータ４１は、外気と冷却水との間で熱交換可能な機器である。ラジエータ４１で冷却された冷却水は、再び冷却水ポンプ４０でオイルクーラ１０へ流れる。

また、配管４２の中途位置からエンジン３へ向かって分岐する配管４４が設けられる。また、エンジン３から配管４３を介してラジエータ４１へ接続される配管４６が設けられる。これらの配管４４，４６は、オイルクーラ１０をバイパスするバイパス流路として機能する。冷却水ポンプ４０とオイルクーラ１０との間には弁４７が設けられる。また、冷却水ポンプ４０とエンジン３との間には弁４８が設けられる。これらの弁４７，４８の調整によって、オイルクーラ１０への冷却水の循環量を調整することができる。

化学蓄熱装置１１は、電力等の外部エネルギーを必要とせずに、オイルを加熱（暖機）する。具体的には、化学蓄熱装置１１は、吸熱反応によって反応器１２の反応材１８（後述）から反応媒体を脱離させ、その脱離した反応媒体を吸着器１３（後述）に蓄えると共に、反応媒体を反応器１２に供給して反応材１８と反応媒体とを化学反応させ、その時の反応熱によりオイルを加熱する。即ち、化学蓄熱装置１１は、可逆的な化学反応を利用して、オイルからの熱を蓄えると共にオイルに熱を供給する装置である。本実施形態では、反応媒体はアンモニア（ＮＨ_３）である。

化学蓄熱装置１１は、反応器１２と、吸着器１３と、ＮＨ_３流通系１４（反応媒体流通系）と、開閉弁２１と、を備えている。反応器１２は、例えばエンジン３の外壁面に取り付けられ固定されている。反応器１２は、オイルが流れるオイル配管１６を介してオイルクーラ１０と接続されていると共に、オイルが流れるオイル配管１７を介してエンジン３と接続されている。反応器１２は、オイルに対して熱交換可能に配置されている。

反応器１２は、ＮＨ_３が供給されるとＮＨ_３との化学反応により発熱すると共に、オイルの熱が与えられるとＮＨ_３を脱離する反応材１８を含んでいる。反応材１８としては、組成式ＭＸａで表されるハロゲン化物が用いられる。Ｍは、Ｍｇ、ＣａまたはＳｒ等のアルカリ土類金属、若しくはＣｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＣｕまたはＺｎ等の遷移金属である。Ｘは、Ｃｌ、ＢｒまたはＩ等である。ａは、Ｍの価数により特定される数であり、２〜３である。

吸着器１３は、ＮＨ_３を貯蔵する貯蔵器である。吸着器１３は、ＮＨ_３の物理吸着及び脱離が可能な吸着材１９を含んでいる。吸着材１９としては、活性炭、カーボンブラック、メソポーラスカーボン、ナノカーボンまたはゼオライト等が用いられる。なお、ＮＨ_３は吸着材１９に化学吸着されてもよい。

ＮＨ_３流通系１４は、反応器１２と吸着器１３との間でＮＨ_３を流通させる。ＮＨ_３流通系１４は、反応器１２と吸着器１３とを接続し、ＮＨ_３が双方向に流れるＮＨ_３配管２０を備える。開閉弁２１は、当該ＮＨ_３配管２０に配設され、ＮＨ_３の流路を開閉する電磁式の弁によって構成される。

化学蓄熱装置１１において、エンジン３の起動直後におけるオイルの温度が低いときは、開閉弁２１が開弁される。これにより、吸着器１３と反応器１２との圧力差によって、吸着器１３の吸着材１９からＮＨ_３が脱離し、そのＮＨ_３がＮＨ_３配管２０を通って反応器１２に供給される。そして、反応器１２の反応材１８（例えばＭｇＢｒ_２）とＮＨ_３とが化学反応（化学吸着）して熱が発生する。つまり、下記の反応式（Ａ）における左辺から右辺への反応（発熱反応）が起こる。そして、反応器１２内において、反応材１８から発生した熱がオイルに伝えられ、オイルが加熱（暖機）される。暖められたオイルは、オイル配管１７を通ってエンジン３内の各部に送られる。
ＭｇＢｒ_２＋_ｘＮＨ_３ ⇔ Ｍｇ（ＮＨ_３）_ｘＢｒ_２＋熱 …（Ａ）

その後、エンジン３が起動してオイルの温度が上昇すると、オイルの熱が反応材１８に与えられることで、反応材１８からＮＨ_３が脱離する。つまり、上記の反応式（Ａ）における右辺から左辺への反応（再生反応）が起こる。このとき、開閉弁２１が開弁されると、反応器１２と吸着器１３との圧力差によって、ＮＨ_３がＮＨ_３配管２０を通って吸着器１３に戻り、吸着器１３の吸着材１９に物理吸着される。これにより、ＮＨ_３が吸着器１３に回収されることとなる。

また、化学蓄熱装置１１は、温度センサ３１と、温度センサ３２と、圧力センサ３３と、を備えている。温度センサ３１は、オイルの温度を検出する。温度センサ３１は、例えばオイル配管１７内を流れるオイルの温度、つまり反応器１２よりも下流側を流れるオイルの温度を検出する。温度センサ３２は、吸着器１３の温度を検出する。圧力センサ３３は、吸着器１３内の圧力を検出する。

制御部３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等により構成されている。制御部３０は、エンジン３が起動されたときに、ＮＨ_３と反応器１２の反応材１８との化学反応によって熱を発生させてオイルを加熱するように、ＮＨ_３流通系１４を制御する。

制御部３０は、開閉弁２１を開弁として反応器１２でオイルを加熱した後、オイルが第１の温度以上となると、開閉弁を閉弁とすると共に、第１の循環量に係る冷却水がオイルクーラ１０に流れるように冷却水循環系統４を制御する。制御部３０は、温度センサ３１の検出結果に基づいて、オイルが第１の温度以上になったことを判定する。制御部３０は、化学蓄熱装置１１の再生時に、オイルクーラ１０へ流れる冷却水が第１の循環量より少ない循環量となるように冷却水循環系統４を制御する。

制御部３０は冷却水ポンプ４０の回転数を制御することによって、オイルクーラ１０へ流れる冷却水の量を制御する。例えば、制御部３０は、冷却水ポンプ４０の回転数を低下させることで、オイルクーラ１０へ流れる冷却水の循環量を低下させる。また、制御部３０は、オイルクーラ１０をバイパスする配管４４，４６へ冷却水を流すことによって、オイルクーラ１０へ流れる冷却水の量を制御する。例えば、制御部３０は、弁４７の開度を絞り、弁４８の開度を増やすことで、オイルクーラ１０をバイパスする冷却水の量を増やし、オイルクーラ１０へ流れる冷却水の循環量を低下させる。なお、制御部３０は、冷却水ポンプ４０の回転数を制御する方法と、オイルクーラ１０をバイパスする方法のいずれか一方のみを採用してもよく、両方の方法を採用してもよい。

次に、図２を参照して、本実施形態の車両のオイル循環システム１の制御部３０の制御処理の内容について説明する。

図２に示すように、エンジン３の冷間始動時には、制御部３０は、化学蓄熱装置１１でオイルを加熱し、且つ、オイルクーラ１０への冷却水の循環を停止する（ステップＳ１０）。Ｓ１０では、制御部３０は、開閉弁２１を開弁することで、吸着器１３から反応器１２へＮＨ_３を移動させる。これにより、反応器１２の反応材１８との化学反応によって熱を発生させ、反応器１２がオイルを加熱する。また、Ｓ１０では、制御部３０は、オイルクーラ１０への冷却水を停止することで、オイルクーラ１０でのオイルの冷却を停止する。これにより、冷却水でオイルを冷やす事無く、化学蓄熱装置１１でオイルを加熱することができる。これにより、オイルの温度を上昇させ、エンジン３の潤滑を良くしてフリクションロスを低減できる。

オイルが十分に温まり、温度センサ３１によってオイルが第１の温度に到達したことを検知したら、制御部３０は、化学蓄熱装置１１での加熱を停止し、且つ、オイルクーラ１０への冷却水の循環を開始する（ステップＳ２０）。Ｓ２０では、制御部３０は、開閉弁２１を閉弁することで、吸着器１３から反応器１２へのＮＨ_３の移動を停止する。また、Ｓ２０では、制御部３０は、オイルクーラ１０へ流れる冷却水が第１の循環量となるように、冷却水循環系統４を制御する。これにより、オイルの温度上昇が抑えられる。例えば、オイルは９０℃付近で推移する。第１の循環量は、システムの各主構成や大きさに合わせて適宜変更してよいが、オイルを所定の温度で維持できる循環量に設定されることが好ましい。

次に、化学蓄熱装置１１の再生を開始する時は、オイルクーラ１０への冷却水の循環量を低下させる（ステップＳ３０）。Ｓ３０では、制御部３０は、オイルクーラ１０へ流れる冷却水が第１の循環量より少ない循環量となるように冷却水循環系統４を制御する。なお、オイルクーラ１０への冷却水を第１の循環量より少ない循環量とすることには、オイルクーラ１０へ循環水が流れないようにすることも含まれる。これにより、オイルの温度が上がる。例えば、オイルの温度が上がり１００℃程度となり、当該オイルが反応器１２へ入る。このとき、反応材１８からＮＨ_３が脱離するが、当該脱離は吸熱反応のため、オイルから熱を奪いながら、ＮＨ_３の脱離、再生が行われる。これにより、オイルは冷却されて、８０℃程度でエンジン３へ流れて行く。また、Ｓ３０では、制御部３０は、開閉弁２１を開弁することで、反応器１２から吸着器１３へＮＨ_３を移動させる。所定の量のＮＨ_３が脱離、再生すると吸熱反応が終了し、反応器１２からエンジン３へ流れていくオイルの温度が上昇してくる。以上により、図２に示す処理が完了する。なお、化学蓄熱装置１１の再生が完了したら、制御部３０は、開閉弁２１を閉弁することで、反応器１２から吸着器１３へのＮＨ_３の移動を停止する。また、制御部３０は、オイルクーラ１０へ流れる冷却水が第１の循環量となるように、冷却水循環系統４を制御する。なお、開閉弁２１の制御動作と冷却水循環系統４の制御動作は、温度センサ３１によってオイル温度が第２の温度に到達したことを検知することにより実行されてよい。

次に、本実施形態に係るオイル循環システム１の作用・効果について説明する。

本実施形態に係る車両のオイル循環システム１において、制御部３０は、開閉弁２１を開弁として反応器１２でオイルを加熱した後、オイルが第１の温度以上となると、開閉弁２１を閉弁とすると共に、第１の循環量に係る冷却水がオイルクーラ１０に流れるように冷却水循環系統４を制御する。これにより、オイルが反応器１２で十分に加熱され、第１の温度以上になった後は、第１の循環量に係る冷却水をオイルクーラ１０に流すことにより、オイルを冷却することができる。その一方で、化学蓄熱装置１１の再生時には、制御部３０は、オイルクーラ１０へ流れる冷却水が第１の循環量より少ない循環量となるように冷却水循環系統４を制御する。すなわち、化学蓄熱装置１１の再生時には、オイルクーラ１０に流れる冷却水が減少することにより、オイル循環系統２を循環するオイルの温度が高くなる。これにより、オイルと熱交換可能に配置されている反応器１２では、反応媒体の脱離を行っている反応材１８が、オイルから熱を吸熱することができる。このように、オイルの温度を高くすることにより、化学蓄熱装置１１の再生時の熱量を確保できる。更に、制御部３０がオイルクーラへ流れる冷却水が第１の循環量より少ない循環量となるように冷却水循環系統４を制御すればよいだけであるため、システムが複雑になることを抑制できる。すなわち、反応材１８へ熱を供給するための特別な機構を設けなくとも、既設の冷却水循環系統４を制御することで再生時の反応材１８に熱を供給することができる。以上により、システムの複雑化を抑制しつつ、化学蓄熱装置１１の再生時の熱量を確保し、再生時間を短縮することができる。

制御部３０は、冷却水ポンプ４０の回転数を制御することによって、オイルクーラ１０へ流れる冷却水の循環量を制御する。この場合、冷却水ポンプ４０の回転数を制御するだけのシンプルな動作にて、オイルクーラ１０へ流れる冷却水の循環量を制御できる。

制御部３０は、オイルクーラ１０をバイパスするバイパス流路である配管４４，４６へ冷却水を流すことによって、オイルクーラ１０へ流れる冷却水の循環量を制御する。この場合には、冷却水ポンプ４０の回転数を変化させることなく、又は回転数の変化を抑制した状態にて、オイルクーラ１０へ流れる冷却水の循環量を制御できる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、オイル循環システム１の各構成要素の配置は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨が変更されない範囲で適宜変更してよい。

例えば、上記実施形態では、反応媒体であるＮＨ_３とＭｇＢｒ_２等の組成式ＭＸａで表される反応材１８とを化学反応させて熱を発生させているが、反応媒体としては、特にＮＨ_３には限られず、ＣＯ_２またはＨ_２Ｏ等を使用してもよい。反応媒体としてＣＯ_２を使用する場合、ＣＯ_２と化学反応させる反応材１８としては、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢａＯ、Ｃａ（ＯＨ）_２、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｆｅ（ＯＨ）_２、Ｆｅ（ＯＨ）_３、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３またはＦｅ_３Ｏ_４等が用いられる。反応媒体としてＨ_２Ｏを使用する場合、Ｈ_２Ｏと化学反応させる反応材１８としては、ＣａＯ、ＭｎＯ、ＣｕＯまたはＡｌ_２Ｏ_３等が用いられる。

また、上記実施形態では、オイルクーラ１０とエンジン３との間に反応器１２が配置されているが、特にその形態には限られず、例えばオイルパン８とオイルポンプ９との間に反応器１２を配置してもよいし、或いはオイルポンプ９とオイルクーラ１０との間に反応器１２を配置してもよい。

また、上記実施形態の化学蓄熱装置１１は、車両Ｓに搭載されているが、車両としてはどのような種類の車両であってもよい。また、オイルの種類は特に限定されず、ＡＴオイル、デフオイル等を採用してもよい。

１…オイル循環システム、２…オイル循環系統、４…冷却水循環系統、９…オイルポンプ、１０…オイルクーラ、１１…化学蓄熱装置、１２…反応器、１３…吸着器、１４…ＮＨ_３流通系（反応媒体流通系）、１８…反応材、１９…吸着材、２１…開閉弁、３０…制御部、４４，４６…配管（バイパス流路）、Ｓ…車両。

Claims (3)

1. 車両のオイル循環システムであって、
   オイルを循環させるオイル循環系統と、
   冷却水を循環させる冷却水循環系統と、
   前記オイル循環系統に設けられ、前記オイルを加熱する化学蓄熱装置と、
   前記オイル循環システムを制御する制御部と、を備え、
   前記オイル循環系統は、
   前記オイルを圧送するオイルポンプと、
   前記冷却水循環系統の前記冷却水と前記オイルとの間で熱交換可能なオイルクーラと、を備え、
   前記冷却水循環系統は、
   前記冷却水を圧送する冷却水ポンプと、
   外気と前記冷却水との間で熱交換可能なラジエータと、を備え、
   前記化学蓄熱装置は、
   前記オイルに対して熱交換可能に配置され、反応媒体と化学反応して熱を発生させる反応材を有する反応器と、
   前記反応媒体を吸着する吸着材を有する吸着器と、
   前記反応器と前記吸着器とを接続する反応媒体流通系と、
   前記反応媒体流通系に設けられた開閉弁と、を備え、
   前記制御部は、
   前記開閉弁を開弁として前記反応器で前記オイルを加熱した後、前記オイルが第１の温度以上となると、前記開閉弁を閉弁とすると共に、第１の循環量に係る冷却水が前記オイルクーラに流れるように前記冷却水循環系統を制御し、
   前記化学蓄熱装置の再生時に、前記オイルクーラへ流れる前記冷却水が前記第１の循環量より少ない循環量となるように前記冷却水循環系統を制御する、車両のオイル循環システム。
2. 前記制御部は、前記冷却水ポンプの回転数を制御することによって、前記オイルクーラへ流れる前記冷却水の循環量を制御する、請求項１に記載の車両のオイル循環システム。
3. 前記制御部は、前記オイルクーラをバイパスするバイパス流路へ前記冷却水を流すことによって、前記オイルクーラへ流れる前記冷却水の循環量を制御する、請求項１又は２に記載の車両のオイル循環システム。

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