JP2014015915A - 車両用エンジンの暖機促進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖機デバイスの使用時における燃費の悪化を抑制する。
【解決手段】車両用エンジン１の暖機を促進するための車両用エンジン１の暖機促進装置２０であって、車両用エンジン１により駆動される発電機２１と、発電機２１により発電した電力が供給されて、車両用エンジン１の吸気、冷却水又はオイルを温める暖機デバイス２２と、燃料噴射量がゼロになる車両用エンジン１のモータリング状態を検出するモータリング状態検出手段１４と、モータリング状態検出手段１４により車両用エンジン１のモータリング状態が検出されたときに発電機２１による発電を行い且つ暖機デバイス２２を作動させる制御手段１９と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用エンジンの暖機促進装置に関する。

車両用エンジンでは、冷却水やオイルにより冷却及び潤滑を行っている。車両用エンジンの暖機運転が完了するまでは、冷却水が低温の為キャビン内ヒータが効かない、オイルが低温の為フリクション増加により燃費が悪化する、排出ガス温度が低温の為排出ガス浄化装置が働かないといった事柄が発生し得る。そこで、車両用エンジンの暖機を促進する為に、グロープラグ、吸気ヒータ、ブロックヒータ及びオイルヒータ等の暖機デバイスが車両用エンジンに装着される。

例えば、消防車等のエンジンでは、緊急出動に備えて、外部電源を使用して冷却水を温めるブロックヒータやオイルを温めるオイルヒータが装着されることがある。また、寒冷地仕様や低圧縮比仕様のディーゼルエンジンでは、暖機時間の短縮や暖機運転時に排出される白煙の排出を抑制する為に、エンジンの吸気を温めるグロープラグや吸気ヒータが装着されることがある。

車両用エンジンの暖機促進装置は、例えば特許文献１に記載されている。

特開２００９−２３５９９号公報

グロープラグ、吸気ヒータ、ブロックヒータ及びオイルヒータ等の暖機デバイスを使用することにより、オルタネータ（交流発電機；ＡＣＧ）により発電してバッテリーに蓄えられた電力を消費する。その為、暖機デバイスの使用時には、オルタネータの発電量が増加することで、エンジン負荷が上昇して燃費が悪化し得る。

そこで、本発明の目的は、暖機デバイスの使用時における燃費の悪化を抑制することにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係る車両用エンジンの暖機促進装置は、車両用エンジンの暖機を促進するための車両用エンジンの暖機促進装置であって、前記車両用エンジンにより駆動される発電機と、前記発電機により発電した電力が供給されて、前記車両用エンジンの吸気、冷却水又はオイルを温める暖機デバイスと、燃料噴射量がゼロになる前記車両用エンジンのモータリング状態を検出するモータリング状態検出手段と、前記モータリング状態検出手段により前記車両用エンジンの前記モータリング状態が検出されたときに前記発電機による発電を行い且つ前記暖機デバイスを作動させる制御手段と、を備えるものである。

前記暖機促進装置は、前記車両用エンジンにより駆動される車両の車速を検出する車速検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記モータリング状態検出手段により前記車両用エンジンの前記モータリング状態が検出されたとき、前記車速検出手段により検出される前記車両の車速が所定車速より大きい場合に限り、前記発電機による発電を行い且つ前記暖機デバイスを作動させるものであっても良い。

前記暖機促進装置は、前記車両用エンジンにより駆動される車両及び前記車両用エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記運転状態検出手段により検出される前記車両及び前記車両用エンジンの運転状態に基づいて、前記暖機デバイスを作動させる必要があるか否かを決定するものであっても良い。

前記暖機デバイスは、前記車両用エンジン内を循環する冷却水を温めるブロックヒータ、又は、前記車両用エンジン内を循環するオイルを温めるオイルヒータを含むものであっても良い。

本発明によれば、暖機デバイスの使用時における燃費の悪化を抑制することができるという優れた効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る車両用エンジンの暖機促進装置を示す概略構成図である。 ＥＣＵによる暖機デバイスの制御フローの一例を示す図である。 ＥＣＵによる暖機促進モード及び通常運転モード中の暖機デバイスの制御フローの一例を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に、本発明の一実施形態に係る車両用エンジンの暖機促進装置を示す。

図１に示す車両用エンジン（本実施形態では、ディーゼルエンジン）１では、車両用エンジン１の吸気マニホールド２に吸気通路３が接続されており、また、車両用エンジン１の排気マニホールド４には排気通路５が接続されている。吸気通路３には、吸気上流側から順に、ターボチャージャ（過給機）６のコンプレッサ６ａ、インタークーラ７、インテークスロットルバルブ８、後述する吸気ヒータ２７が配設されている。一方、排気通路５には、排気上流側から順に、ターボチャージャ６のタービン６ｂ、触媒担持ディーゼルパティキュレートフィルタ（Catalyzed diesel Particulate filter；Ｃ−ＤＰＦ）９が配設されている。

さらに、インテークスロットルバルブ８と吸気ヒータ２７との間の吸気通路３と、タービン６ｂよりも排気上流側の排気通路５とは、ＥＧＲ通路（高圧ＥＧＲ通路）１０により連通されている。ＥＧＲ通路１０には、ＥＧＲガス上流側（排気通路５側）から順に、ＥＧＲクーラ１１、ＥＧＲバルブ１２が配設されている。

車両用エンジン１又は車両用エンジン１により駆動される車両に、エンジン回転センサ１３、アクセル開度センサ１４、外気温センサ１５、冷却水温センサ１６、気圧センサ１７及び車速センサ１８等の各種センサ類が装着されている。車両用エンジン１の燃料噴射装置（図示せず）、インテークスロットルバルブ８及びＥＧＲバルブ１２等の制御を行う為、制御手段としての電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１９には、上記の各種センサ類からの出力信号が入力される。

本実施形態に係る暖機促進装置２０は、発電機２１と、暖機デバイス２２と、車両用エンジン１のモータリング状態（燃料噴射量がゼロである状態）を検出するモータリング状態検出手段と、車両用エンジン１により駆動される車両の車速を検出する車速検出手段と、車両用エンジン１により駆動される車両及び車両用エンジン１の運転状態を検出する運転状態検出手段とを備える。アクセル開度センサ１４が、上記のモータリング状態検出手段を構成し、車速センサ１８が、上記の車速検出手段を構成する。また、エンジン回転センサ１３、アクセル開度センサ１４、外気温センサ１５、冷却水温センサ１６、気圧センサ１７及び車速センサ１８が、上記の運転状態検出手段を構成する。

本実施形態に係る暖機促進装置２０では、車両用エンジン１に対して、発電機２１が装着され、ＥＣＵ１９により発電機２１の負荷、作動と非作動との切替が制御できる構成となっている。発電機２１は、プーリ２３、２４及びベルト２５を介して車両用エンジン１のクランクシャフトに連結され、車両用エンジン１により駆動される。発電機２１は、例えば、オルタネータ（交流発電機；ＡＣＧ）から構成される。尚、図示はしないが、発電機２１は暖機デバイス２２（グロープラグ２６、吸気ヒータ２７、ブロックヒータ２８及びオイルヒータ２９）に接続され、発電機２１により発電した電力が各暖機デバイス２２に供給されるようになっている。また、発電機２１と車両用エンジン１との間にクラッチを配設し、そのクラッチの断接制御により発電機２１の作動と非作動とを切り替えるようにすることも可能である。

本実施形態に係る暖機促進装置２０では、車両用エンジン１に対して、車両用エンジン１の吸気、冷却水又はオイルを温める暖機デバイス２２（グロープラグ２６、吸気ヒータ２７、ブロックヒータ２８及びオイルヒータ２９）が装着され、ＥＣＵ１９により各暖機デバイス２２のＯＮ／ＯＦＦ切替ができる構成となっている。尚、図示はしないが、各暖機デバイス２２はバッテリーを経由せずに発電機２１に直接接続され、発電機２１により発電した電力が各暖機デバイス２２に供給されるようになっている。

グロープラグ２６は、車両用エンジン１の筒（シリンダ）に配設され、車両用エンジン１の筒内の吸気を温めるものである。吸気ヒータ２７は、車両用エンジン１の吸気通路３に配設され、車両用エンジン１の吸気通路３内の吸気を温めるものである。ブロックヒータ（エンジンブロックヒータ）２８は、車両用エンジン１のシリンダヘッド又はシリンダブロックに配設され、車両用エンジン１のシリンダヘッド又はシリンダブロック内の冷却水（エンジン冷却水）を温めるものである。オイルヒータ（オイルパンヒータ）２９は、車両用エンジン１のオイルパンに配設され、車両用エンジン１のオイルパン内のオイル（エンジンオイル）を温めるものである。

次に、本実施形態に係る暖機促進装置２０の作動を説明する。

図２に、ＥＣＵ１９による暖機デバイス２２の制御フローの一例を示す。

車両用エンジン１が始動されると、エンジン停止状態Ｍ０から始動モードＭ１に移行する。始動モードＭ１では、ＥＣＵ１９は、外気温センサ１５、冷却水温センサ１６及び気圧センサ１７等の検出値（外気温、冷却水温及び気圧等）に基づいて、始動モードＭ１において作動させる暖機デバイス２２を選択するとともに、暖機デバイス２２の稼動時間（暖機デバイス２２毎に決定しても良い）を設定する。次いで、ＥＣＵ１９は、発電機２１により発電を行い暖機デバイス２２への電力を供給するとともに、始動モードＭ１において作動させる暖機デバイス２２をＯＮとする。

設定した稼動時間が経過した後に、始動モードＭ１から暖機促進モードＭ２又は通常運転モードＭ３に移行する。即ち、ＥＣＵ１９は、始動モードＭ１において作動させていた暖機デバイス２２をＯＦＦとする。尚、設定した稼動時間が経過する前であっても、車両が発進する際に始動モードＭ１から暖機促進モードＭ２又は通常運転モードＭ３に移行するようにしても良い。

ＥＣＵ１９は、外気温センサ１５、冷却水温センサ１６及び気圧センサ１７等の検出値（外気温、冷却水温及び気圧等）に基づいて、車両用エンジン１の暖機状態を判定する（暖機状態判定）。ＥＣＵ１９は、暖機状態判定において、暖機デバイス２２を作動させる必要があると判断した場合、後述の運転状態判定を行う。一方、ＥＣＵ１９は、暖機状態判定において、暖機デバイス２２を作動させる必要がないと判断した場合には、暖機促進モードＭ２から通常運転モードＭ３に移行させ又は通常運転モードＭ３を維持する。即ち、ＥＣＵ１９は、暖機促進モードＭ２において作動させていた暖機デバイス２２をＯＦＦとし又は暖機デバイス２２がＯＦＦである状態を維持する。

また、ＥＣＵ１９は、車速センサ１８の検出値（車速）や、アクセル開度センサ１４の検出値（アクセル開度）から算出される燃料噴射量に基づいて、車両及び車両用エンジン１の運転状態を判定する（運転状態判定）。ＥＣＵ１９は、運転状態判定において、車両の車速が所定車速以上と判断し、又は、車両用エンジン１がモータリング状態でないと判断した場合、暖機促進モードＭ２から通常運転モードＭ３に移行させ又は通常運転モードＭ３を維持する。即ち、ＥＣＵ１９は、暖機促進モードＭ２において作動させていた暖機デバイス２２をＯＦＦとし又は暖機デバイス２２がＯＦＦである状態を維持する。

一方、ＥＣＵ１９は、運転状態判定において、車両の車速が所定車速より大きいと判断し、且つ、車両用エンジン１がモータリング状態であると判断した場合、通常運転モードＭ３から暖機促進モードＭ２に移行させ又は暖機促進モードＭ２を維持する。即ち、ＥＣＵ１９は、発電機２１により発電を行い暖機デバイス２２への電力を供給するとともに、暖機促進モードＭ２において作動させる暖機デバイス２２をＯＮとし又は暖機デバイス２２がＯＮである状態を維持する。車両の車速が所定車速より大きい場合に限り、通常運転モードＭ３から暖機促進モードＭ２に移行させ又は暖機促進モードＭ２を維持するのは、暖機デバイス２２の使用に伴い発電機２１の発電量が増加することに起因して、エンジンブレーキ力が過大となることを回避する為である。

図３に、ＥＣＵ１９による暖機促進モードＭ２及び通常運転モードＭ３中の暖機デバイス２２の制御フローの一例を示す。

ＥＣＵ１９は、ステップＳ１において、外気温センサ１５の検出値Ｔ（外気温）が所定外気温Ｔ０（例えば、３０℃〜４０℃）より低いか否かを判定する。また、ＥＣＵ１９は、ステップＳ２において、冷却水温センサ１６の検出値Ｔｗ（冷却水温）が所定冷却水温Ｔｗ０（例えば、８０℃〜９０℃）より低いか否かを判定する。

ＥＣＵ１９は、ステップＳ１において外気温センサ１５の検出値Ｔが所定外気温Ｔ０以上と判断した場合、ステップＳ７に進み、暖機促進モードＭ２において作動させていた暖機デバイス２２をＯＦＦとし又は暖機デバイス２２がＯＦＦの状態を維持する。また、ＥＣＵ１９は、ステップＳ２において冷却水温センサ１６の検出値Ｔｗが所定冷却水温Ｔｗ０以上と判断した場合にも、ステップＳ７に進み、暖機促進モードＭ２において作動させていた暖機デバイス２２をＯＦＦとし又は暖機デバイス２２がＯＦＦの状態を維持する。

次いで、ＥＣＵ１９は、ステップＳ３において、車速センサ１８の検出値Ｖｓ（車両の車速）が所定車速Ｖｓ０（例えば、５ｋｍ／ｈ）より大きいか否かを判定する。また、ＥＣＵ１９は、ステップＳ４において、アクセル開度センサ１４の検出値（アクセル開度）から算出される燃料噴射量Ｅｆがゼロ（Ｅｆ＝０）であるか否かを判定する。

ＥＣＵ１９は、ステップＳ３において車速センサ１８の検出値Ｖｓが所定車速Ｖｓ０以下と判断した場合、ステップＳ７に進み、暖機促進モードＭ２において作動させていた暖機デバイス２２をＯＦＦとし又は暖機デバイス２２がＯＦＦの状態を維持する。また、ＥＣＵ１９は、ステップＳ４においてアクセル開度センサ１４の検出値から算出される燃料噴射量Ｅｆがゼロでないと判断した場合にも、ステップＳ７に進み、暖機促進モードＭ２において作動させていた暖機デバイス２２をＯＦＦとし又は暖機デバイス２２がＯＦＦの状態を維持する。

そして、ＥＣＵ１９は、ステップＳ５において、外気温センサ１５、冷却水温センサ１６及び気圧センサ１７等の検出値（外気温、冷却水温及び気圧等）に基づいて、暖機促進モードＭ２において作動させる暖機デバイス２２を選択する。次いで、ＥＣＵ１９は、ステップＳ６において、発電機２１により発電を行い暖機デバイス２２への電力を供給するとともに、暖機促進モードＭ２において作動させる暖機デバイス２２をＯＮとし又は暖機デバイス２２がＯＮの状態を維持する。

次に、本実施形態に係る暖機促進装置２０の作用効果を説明する。

本実施形態では、車両用エンジン１がモータリング状態であるときに、発電機２１により発電を行い暖機デバイス２２への電力を供給するとともに、暖機デバイス２２（グロープラグ２６、吸気ヒータ２７、ブロックヒータ２８及びオイルヒータ２９）を作動させることにより車両用エンジン１の暖機を促進する。暖機デバイス２２を作動させることにより車両用エンジン１の暖機を促進して、燃費の改善、排出ガスの改善、キャビン内ヒータの性能改善を行う。また、車両用エンジン１がモータリング状態であるときに、惰行走行中の車両の運動エネルギーを利用して発電機２１により発電を行い、その際に発電機２１により発電した電力を使用して暖機デバイス２２を作動させるので、燃費が悪化することもない。

また、本実施形態では、各暖機デバイス２２（グロープラグ２６、吸気ヒータ２７、ブロックヒータ２８及びオイルヒータ２９）を、バッテリーを経由せずに発電機２１に直接接続する構成としている。この構成では、発電機２１により発電した電力をバッテリーに一旦蓄える必要が無いので、構成が単純になることや蓄電によるエネルギーロスが無いことが特徴である。但し、いわゆるハイブリッド車両（Hybrid electric vehicle；ＨＥＶ）等のように、発電機２１により発電した電力をバッテリーに一旦蓄えて、バッテリーに蓄えた電力により暖機デバイス２２を作動させることも可能である。その場合には、車両用エンジン１がモータリング状態であるときに発電機２１を常時作動させる必要はなく、ＥＣＵ１９により発電機２１の充電状態（State of charge；ＳＯＣ）に応じて発電機２１の作動と非作動とを切り替えるようにしても良い。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、本発明は、車両で電力供給が必要な箇所（例えば、トランスミッション、デファレンシャルギア等）のオイルの暖機用ヒータに適用しても良い。その際、各箇所の温度をモニタすることにより、どの箇所を温めるのかやその出力をＥＣＵで制御することにより効率的な暖機が行える。

また、図２及び図３に示したものとは別の制御フローとなるが、車両の減速時に発電機によりエンジン負荷を上昇させて、エンジンブレーキ力を上昇させることが考えられる。その際に発電機により発電した電力は、グロープラグ、吸気ヒータ、ブロックヒータ及びオイルヒータ等の暖機デバイスの作動に使用することができる。

また、車両用エンジン１はディーゼルエンジンには限定はされず、例えばガソリンエンジン等であっても良い。

さらに、暖機デバイス２２は、グロープラグ２６、吸気ヒータ２７、ブロックヒータ２８及びオイルヒータ２９等には限定はされず、車両用エンジン１の他の箇所に配設されるものであっても良い。

１ 車両用エンジン
１３ エンジン回転センサ（運転状態検出手段）
１４ アクセル開度センサ（モータリング状態検出手段、運転状態検出手段）
１５ 外気温センサ（運転状態検出手段）
１６ 冷却水温センサ（運転状態検出手段）
１７ 気圧センサ（運転状態検出手段）
１８ 車速センサ（車速検出手段、運転状態検出手段）
１９ ＥＣＵ（制御手段）
２０ 暖機促進装置
２１ 発電機
２２ 暖機デバイス
２６ グロープラグ
２７ 吸気ヒータ
２８ ブロックヒータ
２９ オイルヒータ

Claims (4)

1. 車両用エンジンの暖機を促進するための車両用エンジンの暖機促進装置であって、
   前記車両用エンジンにより駆動される発電機と、前記発電機により発電した電力が供給されて、前記車両用エンジンの吸気、冷却水又はオイルを温める暖機デバイスと、燃料噴射量がゼロになる前記車両用エンジンのモータリング状態を検出するモータリング状態検出手段と、前記モータリング状態検出手段により前記車両用エンジンの前記モータリング状態が検出されたときに前記発電機による発電を行い且つ前記暖機デバイスを作動させる制御手段と、を備えることを特徴とする車両用エンジンの暖機促進装置。
2. 前記車両用エンジンにより駆動される車両の車速を検出する車速検出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記モータリング状態検出手段により前記車両用エンジンの前記モータリング状態が検出されたとき、前記車速検出手段により検出される前記車両の車速が所定車速より大きい場合に限り、前記発電機による発電を行い且つ前記暖機デバイスを作動させる請求項１に記載の車両用エンジンの暖機促進装置。
3. 前記車両用エンジンにより駆動される車両及び前記車両用エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記運転状態検出手段により検出される前記車両及び前記車両用エンジンの運転状態に基づいて、前記暖機デバイスを作動させる必要があるか否かを決定する請求項１又は２に記載の車両用エンジンの暖機促進装置。
4. 前記暖機デバイスは、前記車両用エンジン内を循環する冷却水を温めるブロックヒータ、又は、前記車両用エンジン内を循環するオイルを温めるオイルヒータを含む請求項１から３のいずれかに記載の車両用エンジンの暖機促進装置。