JP6790623B2 - エンジンオイル昇温装置 - Google Patents

Description

本開示は、エンジンオイル昇温装置に関する。

車両に搭載されるエンジンにおいて、エンジンの各部材を潤滑するとともにエンジンピストンを冷却するために、エンジンオイルを循環させる。エンジンを効率良く稼働させ、エンジンの各部材の損傷を防ぐためには、エンジンオイルの温度を適切に調節する必要がある。エンジンオイルの温度の上昇に応じてオイルサーモバルブが開き、オイルサーモバルブに連通するオイルクーラがエンジンオイルを冷却することにより、エンジンオイルの温度を調節する構成が知られている。

エンジンオイルを昇温させると、エンジンオイルの粘性が低下してオイルポンプの仕事量が低減することにより、エンジンの燃費を改善できることが知られている。エンジンオイルを昇温させるために、オイルサーモバルブに代えて電気制御式オイルクーラ切り替えバルブを採用する提案がある。また、バッテリの電圧に余裕がある場合、エンジンオイルを昇温させるために、ヒーターを用いてエンジンオイルを目標とする温度まで昇温する提案がある（特許文献１参照）。

特開平６−３３７２４号公報

例えば、エンジンのピストンに噴射されたエンジンオイルの噴射後の温度が噴射前の温度より低下するエンジン低速回転低負荷領域においては、電気制御式オイルクーラ切り替えバルブを採用することによりエンジンオイルの温度を上昇させることはできない。この場合、エンジンオイルの温度の上昇によるエンジンの燃費の改善はもたらされない問題がある。

また、ヒーターを用いてエンジンオイルを目標とする温度まで昇温する場合、それに伴いヒーターが消費する電力を手当てする必要がある。バッテリに接続されたＡＣジェネレータ（ＡＣＧ）の発電によりヒーターの消費電力を手当しようとすると、ＡＣＧの発電に起因する負荷が増加することで、ＡＣＧに連結されたエンジンの燃費が結果的に悪化する問題がある。

本開示の目的は、エンジンオイルの昇温によりもたらされるエンジンの燃費改善がエンジンオイルを昇温するヒーターの消費電力を上回るようにエネルギー収支の整合性をとることにより、エンジンの燃費を改善するエンジンオイル昇温装置を提供することである。

本開示の一態様に係るエンジンオイル昇温装置は、エンジンのエンジンオイルパン内に設けられ、前記エンジンのエンジンオイルを昇温するヒーターと、前記エンジンのエンジン回転数およびエンジン燃料噴射量に応じて前記ヒーターの昇温目標値を決定し、前記ヒーターの稼働を制御するヒーター制御部と、を備え、前記ヒーター制御部は、前記エンジンのエンジン冷却水温度を示す情報の入力を受け付け、前記エンジン冷却水温度が前記昇温目標値よりも低く、且つその温度差が所定の温度差よりも大きい場合、前記ヒーターを稼働しない、または、前記エンジンの燃料噴射量の加速度の大きさが所定の閾値よりも大きい場合、前記ヒーターを稼働しない、構成を採る。

本開示によれば、エンジンオイルの昇温によりもたらされるエンジンの燃費改善がエンジンオイルを昇温するヒーターの消費電力を上回るようにエネルギー収支の整合性をとることにより、エンジンの燃費を改善するエンジンオイル昇温装置を提供することができる。

本開示のエンジンオイル昇温装置およびエンジン内のエンジンオイルフローを示す図である。 本開示のエンジンオイル昇温装置のエンジン燃料噴射量およびエンジン回転数とヒーターの昇温目標値との関係を示すマップである。 本開示のエンジンオイル昇温装置の処理を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態）
図１は、本開示のエンジンオイル昇温装置１０００およびエンジン内のエンジンオイルフローを示す図である。図１において、エンジンオイルは、エンジンオイルパン３１３０から、オイルストレーナ３０１０を通って、オイルポンプアセンブリ３０２０のオイルポンプ３０２２によって吸引される。吸引されたエンジンオイルの一部は、余剰エンジンオイルとして、リリーフバルブ３０２４を介してエンジンオイルパン３１３０に戻される。

オイルポンプアセンブリ３０２０を出たエンジンオイルは、オイルクーラーアセンブリ３０３０に圧送され、オイルサーモバルブ３０３２を通過した一部のエンジンオイルが、オイルクーラーコア３０３４によって冷却されることにより、エンジンオイルの過度な温度上昇を抑制する。

オイルクーラーアセンブリ３０３０を出たエンジンオイルは、メインオイルフィルター３０４０およびパーシャルオイルフィルター３０５０によって濾過される。パーシャルオイルフィルター３０５０を通過したエンジンオイルはエンジンオイルパン３１３０に戻される。

メインオイルフィルター３０４０を通過したエンジンオイルは、その一部がターボチャージャー３０６０およびエアーコンプレッサー３０７０に供給され、残りはメインオイルギャラリー３０８０に供給される。メインオイルギャラリー３０８０に供給されたエンジンオイルは、エンジンの部材であるピストン３０９０、カムヘッド３１００、メインベアリング３１１０、およびコンロッドベアリング３１２０に供給され、各部材の潤滑に供される。エンジンオイルの一部は、オイルジェットとしてエンジンの部材であるピストン３０９０に供給され、ピストン３０９０の冷却にも供される。その後、エンジンオイルはエンジンオイルパン３１３０に戻る。

エンジンオイル昇温装置１０００は、ヒーター１０１０と、ヒーター制御部１０２０と、を備える。ヒーター１０１０は、エンジンオイルパン３１３０から循環されるエンジンオイルを昇温させる。循環するエンジンオイルの温度を効率的に上昇させることができる限り、ヒーター１０１０を設ける位置に制限はなく、例えばオイルストレーナ３０１０の下部または近傍である。

通常、ピストン３０９０を冷却して戻ったエンジンオイルがエンジンオイルパン３１３０の油面に落ちる。したがって、エンジンオイルパン３１３０内のエンジンオイルの温度は、上部において高く、一方、エンジンオイルパン３１３０の下面は走行風により冷却されることにより、下部において低い。オイルストレーナ３０１０は、通常、エンジンオイルパン３１３０の下部から、エンジンオイルパン３１３０内でも比較的低い温度のエンジンオイルを吸引する。したがって、ヒーター１０１０をエンジンオイルパン３１３０内のオイルストレーナ３０１０の下部または近傍に設けることにより、エンジンのオイルポンプ３０２２が吸引するエンジンオイルを確実に且つ効率的に昇温することができる。これにより、エンジンオイル昇温装置１０００は、より効率的にエンジンの燃費を改善することができる。

ヒーター制御部１０２０は、ヒーター１０１０の稼働を制御する。ヒーター１０１０を稼働する場合、ヒーター制御部１０２０は、エンジン（図示せず）のエンジン回転数およびエンジン燃料噴射量に応じてヒーター１０１０の昇温目標値を決定する。一例において、ヒーター制御部１０２０はＥＣＵ２０１０に接続され、ＥＣＵ２０１０からエンジンのエンジン回転数およびエンジン燃料噴射量を示す情報を取得する。ヒーター制御部１０２０は、これらの動作を実行できる限り特に制限はなく、例えば車載コンピュータである。

一例において、ヒーター制御部１０２０は、エンジンのエンジン回転数およびエンジン燃料噴射量に応じたヒーター１０１０の昇温目標値をマップとして記憶するマップ記憶部１０２２を備える。マップ記憶部１０２２は、ヒーター１０１０の昇温目標値をマップとして記憶することができる限り特に制限はなく、例えばＲＯＭ、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶媒体である。ヒーター制御部１０２０は、エンジンのエンジン回転数およびエンジン燃料噴射量に対して、マップ記憶部１０２２を参照してヒーター１０１０の昇温目標値を決定する。マップ記憶部１０２２が記憶するマップについては、図２を参照して後述する。

一例において、エンジンのエンジン回転数およびエンジン燃料噴射量が、それぞれ所定のエンジン回転数および所定のエンジン燃料噴射量よりも小さい場合、ヒーター制御部１０２０は、ヒーター１０１０の昇温目標値を決定する。ヒーター１０１０を稼働しないエンジン稼働域を設けることにより、バッテリ電力の浪費を抑制することができる。

一例において、ヒーター制御部１０２０は、ＥＣＵ２０１０を介して、オイルパン油温計測部２０２０が計測したオイルパン油温を示す情報の入力を受け付ける。ここで、オイルパン油温とは、エンジンオイルパン３１３０上のエンジンオイルの温度である。エンジンオイルの温度がヒーター１０１０の昇温目標値よりも高い場合、ヒーター制御部１０２０はヒーター１０１０を稼働しない。既にエンジンオイルの温度が十分高い場合にヒーター１０１０を稼働しないことにより、バッテリ電力の浪費を抑制することができる。

一例において、ヒーター制御部１０２０は、ＥＣＵ２０１０を介して、エンジン冷却水温度計測部２０３０が計測したエンジン冷却水温度を示す情報の入力を受け付ける。計測されたエンジン冷却水温度がヒーター１０１０の昇温目標値よりも低く、且つその温度差Δｔが所定の温度差Δｔ_０よりも大きい場合、ヒーター制御部１０２０はヒーター１０１０を稼働しない。例えば、エンジンを搭載する車両が走行と停止を繰り返す場合、温度差Δｔが所定の温度差Δｔ_０よりも大きくなる。このような車両の運転者に定常走行を継続する意思がないと認められる場合には、ヒーター１０１０を稼働しないことにより、バッテリ電力の浪費を抑制することができる。

一例において、エンジン燃料噴射量の加速度の大きさが所定の閾値よりも大きい場合、ヒーター制御部１０２０は、ヒーター１０１０を稼働しない。ここで、エンジン燃料噴射量の加速度とは、単位時間当たりのエンジン燃料噴射量の変化量である。例えば、ヒーター制御部１０２０は、ＥＣＵ２０１０を介して、時刻ｔ１およびｔ２におけるエンジン燃料噴射量Ｑ１およびＱ２を取得する。次いで、ヒーター制御部１０２０は、エンジン燃料噴射量の加速度ｒ＝（Ｑ１−Ｑ２）／（ｔ２−ｔ１）を計算し、加速度ｒの絶対値が所定の閾値ｒ_０より大きい場合、ヒーター制御部１０２０はヒーター１０１０を稼働しない。エンジン燃料噴射量の加速度が大きい場合、車両の走行状態が不安定であり、次の走行状態を予測することは困難である。このような場合にヒーター１０１０を稼働しないことにより、バッテリ電力の浪費を抑制することができる。

一例において、ヒーター制御部１０２０は、ＥＣＵ２０１０を介して、バッテリ電圧計測部２０４０が計測したバッテリ電圧を示す情報の入力を受け付ける。計測されたバッテリ電圧が所定のバッテリ電圧基準値よりも小さい場合、ヒーター制御部１０２０はヒーター１０１０を稼働しない。ここで、所定のバッテリ電圧基準値は、ヒーター１０１０を稼働してもバッテリの使用に支障がない電圧基準値である限り、任意に設定できる電圧基準値である。こうすると、バッテリ充電率が低く、バッテリ電圧が下がっている場合、ヒーター１０１０を稼働しないことによって、バッテリに負担をかけることを回避することができる。

図２は、本開示のエンジンオイル昇温装置のエンジン燃料噴射量およびエンジン回転数とヒーター１０１０の昇温目標値との関係を示すマップである。マップにおいて、エンジン燃料噴射量およびエンジン回転数によって規定されるエンジン稼働域に対して、ヒーター１０１０の昇温目標値が規定されている。「○」で示されている部分には、ヒーター１０１０の昇温目標値が規定されている。「×」で示されている部分には、ヒーター１０１０の昇温目標値が規定されていない。「○」で示されるエンジン稼働域においては、ヒーター１０１０を稼働する。「×」で示されるエンジン稼働域においては、ヒーター１０１０を稼働しない。

一例において、「○」で示されている部分は、ピストン３０９０に噴射されたエンジンオイルの噴射後の温度が噴射前の温度より低下するエンジン稼働域である。低下したエンジンオイルの温度をヒーター１０１０で再度昇温することにより、オイルポンプ３０２２の仕事量が低減した状態を維持することができる。

一例において、「○」で示されている部分は、エンジンのフリクションが比較的高いエンジン稼働域である。エンジンのフリクションが比較的高い部分において、エンジンオイルを昇温させ粘性を低下させることによって、エンジンのフリクションを低下させ、結果的にエンジンの燃費を改善することができる。

一例において、昇温目標値は、オイルクーラーコア３０３４の冷却温度目標値およびオイルサーモバルブ３０３２の開弁温度のいずれよりも低い温度である。こうすると、エンジンオイルの無駄な昇温および冷却が抑制され、無駄な電力消費を抑制し、結果的にエンジンの燃費をより改善することができる。

車種毎に、エンジンの各稼働域に対して、ヒーター１０１０の消費電力を加味した上で結果的にエンジンの燃費が最も良くなるヒーター１０１０の昇温値を予め計測しておき、計測された昇温値をヒーター１０１０の昇温目標値として規定してもよい。こうすると、車種に応じて、燃費評価のモード試験における燃費や実走行における燃費を最適化することができ、近年の排ガス試験においても、より良い結果を得ることができる。

図２に示すように、エンジン回転数およびエンジン燃料噴射量に対するヒーター１０１０の昇温目標値を予めマップを用いて規定することにより、ヒーター制御部１０２０は、ＥＣＵ２０１０から取得可能な値にのみ基づいて、ヒーター１０１０の昇温目標値を決定することができる。したがって、ヒーター制御部１０２０は、ヒーター１０１０の昇温目標値を決定するに当たって、エンジン負荷等の計測困難な値を用いる必要はない。

図３は、本開示のエンジンオイル昇温装置１０００の処理を説明するフローチャートである。ステップＳ１０１０において、ヒーター制御部１０２０は、ＥＣＵ２０１０から、エンジン回転数およびエンジン燃料噴射量を取得する。

ステップＳ１０２０において、ヒーター制御部１０２０は、取得されたエンジン回転数およびエンジン燃料噴射量に対応するヒーター１０１０の昇温目標値を図２に示したマップから取得する。

ステップＳ１０３０において、オイルパン油温計測部２０２０はオイルパン油温を計測し、ヒーター制御部１０２０は、ＥＣＵ２０１０を介して、計測されたオイルパン油温を取得する。ステップＳ１０４０において、ヒーター制御部１０２０は、取得されたオイルパン油温と取得されたヒーター１０１０の昇温目標値とを比較する。

ステップＳ１０４０において、オイルパン油温がヒーター１０１０の昇温目標値以上の場合は、ステップＳ１０１０に戻る。ステップＳ１０４０において、オイルパン油温が昇温目標値よりも小さい場合、ステップＳ１０５０に進む。

ステップＳ１０５０において、エンジン冷却水温度計測部２０３０がエンジン冷却水温度を計測し、ヒーター制御部１０２０は、ＥＣＵ２０１０を介して、計測されたエンジン冷却水温度を取得する。

ステップＳ１０６０において、ヒーター制御部１０２０は、ヒーター１０１０の昇温目標値とエンジン冷却水温度との差ΔＴとΔＴ_０とを比較する。ステップＳ１０６０において、ΔＴがΔＴ_０以上である場合、ステップＳ１０１０に戻る。ステップＳ１０６０において、ΔＴがΔＴ_０より小さい場合、ステップＳ１０７０に進む。

ステップＳ１０７０において、ヒーター制御部１０２０は、エンジン燃料噴射量の加速度の大きさを計算し、計算されたエンジン燃料噴射量の加速度の大きさが所定の閾値より小さいか否かを判定する。ステップＳ１０７０において、エンジン燃料噴射量の加速度が所定の閾値より小さくないと判定した場合、ステップＳ１０１０に戻る。ステップＳ１０７０において、エンジン燃料噴射量の加速度が所定の閾値より小さいと判定した場合、ステップＳ１０８０に進む。

ステップＳ１０８０において、バッテリ電圧計測部２０４０はバッテリ電圧を計測し、ヒーター制御部１０２０は、ＥＣＵ２０１０を介して、計測されたバッテリ電圧を取得する。

ステップＳ１０９０において、ヒーター制御部１０２０は、計測されたバッテリ電圧と所定のバッテリ電圧基準値とを比較する。バッテリ電圧が所定のバッテリ電圧基準値以下である場合、ステップＳ１０１０に戻る。バッテリ電圧が所定のバッテリ電圧基準値より大きい場合、ステップＳ１１１０に進み、ヒーター制御部１０２０がヒーター１０１０の昇温目標値を設定し、次いで終了する。

（他の実施形態）
上記の実施形態においては、ヒーター制御部１０２０は、ＥＣＵ２０１０を介して、オイルパン油温計測部２０２０、エンジン冷却水温度計測部２０３０、およびバッテリ電圧計測部２０４０からの情報の入力を受け付けている。これに代えて、ヒーター制御部１０２０は、オイルパン油温計測部２０２０、エンジン冷却水温度計測部２０３０、およびバッテリ電圧計測部２０４０の少なくとも１つから、ＥＣＵ２０１０を介さずに情報の入力を受け付けてもよい。

上記の実施形態においては、ヒーター制御部１０２０は、ＥＣＵ２０１０を介してエンジン燃料噴射量Ｑ１およびＱ２を取得し、ヒーター制御部１０２０がエンジン燃料噴射量の加速度ｒを計算している。ＥＣＵ２０１０が加速度ｒを計算しているときは、ヒーター制御部１０２０は加速度ｒの計算に代えて、ＥＣＵ２０１０が計算した加速度ｒを入力してもよい。

上記の実施形態においては、電気制御式オイルクーラ切り替えバルブを使用していないが、電気制御式オイルクーラ切り替えバルブを併用してもよい。電気制御式オイルクーラ切り替えバルブを併用し、ヒーター１０１０の昇温目標値を下げることがよって、バッテリ電力の浪費をさらに抑制することができる。

図３に示したフローチャートにおいては、本開示に記載の特徴を包括的に説明している。フローチャート内のステップを実行する順序を入れ替えてもよく、フローチャート内のいくつかのステップを省略してもよい。

本発明に係るエンジンオイル昇温装置は、エンジンを搭載した車両において使用するのに好適である。

１０００ エンジンオイル昇温装置
１０１０ ヒーター
１０２０ ヒーター制御部
１０２２ マップ記憶部
２０１０ ＥＣＵ
２０２０ オイルパン油温計測部
２０３０ エンジン冷却水温度計測部
２０４０ バッテリ電圧計測部
３０１０ オイルストレーナ
３０２０ オイルポンプアセンブリ
３０２２ オイルポンプ
３０２４ リリーフバルブ
３０３０ オイルクーラーアセンブリ
３０３２ オイルサーモバルブ
３０３４ オイルクーラーコア
３０４０ メインオイルフィルター
３０５０ パーシャルオイルフィルター
３０６０ ターボチャージャー
３０７０ エアーコンプレッサー
３０８０ メインオイルギャラリー
３０９０ ピストン
３１００ カムヘッド
３１１０ メインベアリング
３１２０ コンロッドベアリング
３１３０ エンジンオイルパン

Claims (6)

1. エンジンのエンジンオイルパン内に設けられ、前記エンジンのエンジンオイルを昇温するヒーターと、
   前記エンジンのエンジン回転数およびエンジン燃料噴射量に応じて前記ヒーターの昇温目標値を決定し、前記ヒーターの稼働を制御するヒーター制御部と、
   を備え、
   前記ヒーター制御部は、
   前記エンジンのエンジン冷却水温度を示す情報の入力を受け付け、前記エンジン冷却水温度が前記昇温目標値よりも低く、且つその温度差が所定の温度差よりも大きい場合、前記ヒーターを稼働しない、
   または、
   前記エンジンの燃料噴射量の加速度の大きさが所定の閾値よりも大きい場合、前記ヒーターを稼働しない、エンジンオイル昇温装置。
2. 前記ヒーターは、前記エンジンオイルパンのオイルストレーナの下部に設けられる、請求項１に記載のエンジンオイル昇温装置。
3. 前記ヒーター制御部は、前記エンジンの前記エンジン回転数および前記エンジン燃料噴射量に応じた前記ヒーターの昇温目標値を記憶するマップ記憶部を備え、
   前記ヒーター制御部は、前記エンジンの前記エンジン回転数および前記エンジン燃料噴射量に対して、前記マップ記憶部を参照して前記ヒーターの昇温目標値を決定する、請求項１または２に記載のエンジンオイル昇温装置。
4. 前記エンジンの前記エンジン回転数および前記エンジン燃料噴射量が、それぞれ所定のエンジン回転数および所定のエンジン燃料噴射量よりも小さい場合、前記ヒーター制御部が前記ヒーターの昇温目標値を決定する、請求項１から３のいずれかに記載のエンジンオイル昇温装置。
5. 前記ヒーター制御部が前記エンジンオイルパンのエンジンオイル温度を示す情報の入力を受け付け、前記エンジンオイル温度が前記昇温目標値よりも高い場合、前記ヒーター制御部が前記ヒーターを稼働しない、請求項１から４のいずれかに記載のエンジンオイル昇温装置。
6. 前記ヒーター制御部が前記エンジンのバッテリ電圧を示す情報の入力を受け付け、
   前記バッテリ電圧が所定のバッテリ電圧基準値よりも小さい場合、前記ヒーター制御部が前記ヒーターを稼働しない、請求項１から５のいずれかに記載のエンジンオイル昇温装置。

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