JP2024085751A - エンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの始動直後から加熱された空気により潤滑油を過熱により硬化させることなく有効に暖機すること。【解決手段】水素エンジンシステム１は、エンジン２と、エンジンに導入される吸気が流れる吸気通路３と、エンジンから排出される排気が流れる排気通路４と、吸気通路に設けられ、エンジンに吸入される吸気量を調節するためのスロットル装置７と、エンジンの潤滑油を貯留するためのオイルパン１３ａと、オイルパン１３ａに貯留されたエンジンオイルとの間で熱交換するための熱交換器４１と、排気通路４の周囲で加熱された空気を熱交換器を経由して流すための加熱空気通路４２と、加熱空気通路を開閉するための開閉弁４３と、エンジンの運転状態に応じて開閉弁を制御するための電子制御装置５０とを備える。【選択図】図１

Description

この明細書に開示される技術は、エンジンの潤滑油を暖機するように構成したエンジンシステムに関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載される「エンジンの暖機装置」が知られている。この装置は、エンジンの排気を吸気通路に導入する排気還流通路（ＥＧＲ通路）と、エンジンのオイルパンに貯留した潤滑油を吸入してエンジンの各部に循環させるオイルポンプとを備え、オイルパンには、ＥＧＲ通路に接続されてＥＧＲガスＷを流す熱交換部が設けられる。すなわち、この装置は、ＥＧＲ装置を備えたエンジンにおいて、そのオイルパン（潤滑油貯留部）に設けた熱交換部に、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスを導入し、ＥＧＲガスとの熱交換により潤滑油を暖機するようになっている。

特開２００５－１８８３２３号公報

ところが、特許文献１に記載の装置では、エンジンでの燃焼が不安定な低水温時には、ＥＧＲを実行することができない。また、低水温下では、ＥＧＲガスが通過する各部の温度が低いので、各部壁ではＥＧＲガスとの接触により多量の凝縮水（結露）が発生し、エンジンでの燃焼を悪化させたり、腐食を発生させたりする懸念がある。このため、本来、早期に暖機をしたい低水温（潤滑油が低温）時に、ＥＧＲを実行することができず、潤滑油を暖機することができない。一方、上記装置では、エンジンの水温が上昇し、燃焼が安定した条件下では、ＥＧＲの実行は可能となるが、高温のＥＧＲガスがオイルパンの熱交換部に流入するので、熱交換部入口で潤滑油と接する部分が高温となり、潤滑油が過熱により硬化するおそれがある。このため、ＥＧＲガスが高温となる条件下では、ＥＧＲガスにより潤滑油を有効に暖機することができない。

ここで、近年は、ガソリンに代わり水素を燃料として使用する水素エンジンシステムの開発が盛んになっている。特に、水素エンジンシステムでは、冷間運転時に、燃焼に伴い燃焼圧力が上昇すると、ピストンとシリンダボアとの間から燃焼ガスがクランクケース内に漏れるおそれがある。また、冷間時には、シリンダボアが冷えているため、シリンダボア内壁で結露が生じる。水素燃料は、ガソリン燃料に比べて燃焼ガスに含まれる水分量が多いため、結露水が潤滑油に混入する量が増加して乳化現象が起きるおそれがある。

この開示技術は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エンジンの始動直後から加熱された空気により潤滑油を過熱により硬化させることなく有効に暖機することを可能としたエンジンシステムを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の技術は、エンジンと、エンジンに導入される吸気が流れる吸気通路と、エンジンから排出される排気が流れる排気通路と、吸気通路に設けられ、エンジンに吸入される吸気量を調節するためのスロットル弁と、エンジンの潤滑油を貯留するための潤滑油貯留部と、潤滑油貯留部に貯留された潤滑油との間で熱交換するための熱交換手段と、排気通路の周囲で加熱された空気を熱交換手段を経由して流すための加熱空気通路と、加熱空気通路を開閉するための開閉弁とを備えたことを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、エンジンの始動直後に、開閉弁により加熱空気通路を開くことで、排気通路の周囲で加熱された空気が加熱空気通路を介し熱交換手段を経由して流れる。従って、潤滑油貯留部に貯留された潤滑油と熱交換手段との間で熱交換が行われ、その潤滑油が加熱された空気の温度範囲内で加熱される。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の技術は、請求項１に記載の技術において、エンジンの運転状態を検出するための運転状態検出手段と、検出される運転状態に応じて開閉弁を制御するための制御手段とを更に備え、制御手段は、潤滑油が含有する含有水分量を、検出される運転状態に基いて算出し、算出した含有水分量に応じて熱交換手段への加熱された空気の流れを制御するために開閉弁を制御することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項１に記載の技術の作用に加え、制御手段は、運転状態検出手段により検出されるエンジンの運転状態に基いて潤滑油の含有水分量を算出し、その含有水分量に応じて開閉弁を制御することにより、熱交換手段への加熱された空気の流れが制御される。従って、潤滑油はエンジンの運転状態に応じて推定される含有水分量に応じて加熱される。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の技術は、請求項２に記載の技術において、検出される運転状態は、エンジンの冷却水温度と空燃比を含み、制御手段は、冷却水温度及び空燃比のうち少なくとも冷却水温度に基いて含有水分量を算出することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項２に記載の技術の作用に加え、制御手段は、含有水分量を、エンジンの運転状態に関連した冷却水温度及び空燃比のうち少なくとも冷却水温度に基いて算出する。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の技術は、請求項３に記載の技術において、検出される運転状態は、冷却水温度及び空燃比に加え、エンジンの負荷及び回転数を更に含み、制御手段は、冷却水温度及び空燃比のうち少なくとも冷却水温度と、負荷及び回転数のうち少なくとも一方とに基いて含有水分量を算出することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項３に記載の技術の作用に加え、制御手段は、含有水分量を、エンジンの運転状態に関連した冷却水温度及び空燃比のうち少なくとも冷却水温度と、負荷及び回転数のうち少なくとも一方に基いて算出する。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の技術は、請求項３又は４に記載の技術において、潤滑油の温度を検出するための潤滑油温度検出手段を更に備え、制御手段は、検出される潤滑油の温度に基き含有水分の蒸発量を算出し、前回算出した含有水分量から算出した蒸発量を減算することにより今回の含有水分量を算出し、今回算出した含有水分量が第１所定値以下となるまで開閉弁を開弁することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項３又は４に記載の技術の作用に加え、制御手段は、前回算出した含有水分量から、潤滑油の温度に基き算出した含有水分の蒸発量を減算することで今回の含有水分量を算出するので、蒸発量を反映したより正確な含有水分量が求められる。

上記目的を達成するために、請求項６に記載の技術は、請求項５に記載の技術において、制御手段は、今回算出した含有水分量が第１所定値以下であっても、検出される潤滑油の温度が第２所定値以下となる場合は、潤滑油の温度が第２所定値より高くなるまで開閉弁を開弁することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項５に記載の技術の作用に加え、制御手段は、含有水分量が第１所定値以下であっても、潤滑油の温度が第２所定値より高くなるまで開閉弁を開弁するので、潤滑油の粘性低下を想定して開閉弁が閉弁される。

上記目的を達成するために、請求項７に記載の技術は、請求項５に記載の技術において、制御手段は、検出される潤滑油の温度に応じた含有水分の余熱による蒸発量を算出し、今回算出した含有水分量が第１所定値より多くても、算出した余熱による蒸発量未満となる場合は、開閉弁を閉弁することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項５に記載の技術の作用に加え、制御手段は、算出した含有水分量が第１所定値より多くても、算出した蒸発量未満となる場合は、開閉弁を閉弁する。従って、含有水分量が蒸発量より少なくなると潤滑油が加熱されなくなる。

上記目的を達成するために、請求項８に記載の技術は、請求項６に記載の技術において、制御手段は、検出される潤滑油の温度に基き含有水分の余熱による蒸発量を算出し、今回算出した含有水分量が第１所定値より多くても、算出した余熱による蒸発量未満となる場合は、開閉弁を閉弁することを趣旨とする。

上記技術の構成によれば、請求項６に記載の技術の作用に加え、制御手段は、算出した含有水分量が第１所定値より多くても、算出した蒸発量未満となる場合は、開閉弁を閉弁する。従って、含有水分量が蒸発量より少なくなると潤滑油が加熱されなくなく。

請求項１に記載の技術によれば、エンジンの始動直後から加熱された空気により潤滑油を過熱により硬化させることなく有効に暖機することができる。

請求項２に記載の技術によれば、請求項１に記載の技術の効果に加え、潤滑油の含有水分量に応じて潤滑油を有効に暖機することができる。

請求項３に記載の技術によれば、請求項２に記載の技術の効果に加え、エンジンの冷却水温度及び空燃比のうち少なくとも冷却水温度を反映した含有水分量を推定することができる。

請求項４に記載の技術によれば、請求項３に記載の技術の効果に加え、更に、エンジンの負荷及び回転数のうち少なくとも一方を反映した含有水分量を精度よく推定することができる。

請求項５に記載の技術によれば、請求項３又は４に記載の技術の効果に加え、開閉弁が、第１所定値を基準として精度よく開弁され、加熱された空気により潤滑油を好適に暖機することができる。

請求項６に記載の技術によれば、請求項５に記載の技術の効果に加え、潤滑油の粘性を好適に低下させることができ、エンジンの燃費を向上させることができる。

請求項７に記載の技術によれば、請求項５に記載の技術の効果に加え、潤滑油の過剰な暖機を防止することができる。

請求項８に記載の技術によれば、請求項６に記載の技術の効果に加え、潤滑油の過剰な暖機を防止することができる。

第１実施形態に係り、水素エンジンシステムを示す概略構成図。 第１実施形態の水素エンジンシステムの車両の走行時間に対する各部温度の変化及び従前のエンジンシステムの車両の走行時間に対する各部温度、車速及び吸気量の変化の一例を示すグラフ。 第１実施形態に係り、オイル暖機制御の内容を示すフローチャート。 第１実施形態に係り、冷却水温度と空燃比に応じた水温係数を求めるために参照される水温係数マップ。 第１実施形態に係り、エンジン負荷に応じた負荷係数を求めるために参照される負荷係数マップ。 第１実施形態に係り、エンジン回転数に応じた回転数係数を求めるために参照される回転数係数マップ。 第１実施形態に係り、オイル温度に応じた蒸発係数を求めるために参照される蒸発係数マップ。 第１実施形態に係り、オイル温度に対するオイル粘度の関係を示すグラフ。 第２実施形態に係り、オイル暖機制御の内容を示すフローチャート。 第２実施形態に係り、オイル温度に応じた余熱蒸発量を求めるために参照される余熱蒸発量マップ。 第３実施形態に係り、オイル暖機制御の内容を示すフローチャート。

以下、エンジンシステムを水素エンジンシステムに具体化したいくつかの実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
先ず、第１実施形態につき、図１～図７を参照して詳細に説明する。

[水素エンジンシステムの構成について]
図１に、この実施形態における水素エンジンシステム１を概略構成図により示す。この水素エンジンシステム１は、水素を燃料とするエンジン２と、エンジン２に導入される吸気が流れる吸気通路３と、エンジン２から排出される排気が流れる排気通路４と、排気通路４に設けられ、エンジン２から排出された排気のエネルギーを受けて作動するタービン５と、吸気通路３に設けられ、タービン５により駆動されて吸気を過給するコンプレッサ６と、コンプレッサ６より下流の吸気通路３に設けられ、エンジン２に吸入される吸気量を調節するためのスロットル装置７と、エンジン２で発生するブローバイガス（燃料成分を含むガス）をスロットル装置７より下流の吸気通路３へ還流するブローバイガス還流通路（以下「ＢＧＲ通路」と言う）８と、ＢＧＲ通路８を流れるブローバイガスの流量を調節するためのＰＣＶ弁９とを備える。タービン５とコンプレッサ６は、過給機１０を構成する。

エンジン２は、複数の気筒を有するエンジンブロック１１を含む。各気筒には、それぞれピストン１２が往復動可能に設けられる。エンジンブロック１１の下部には、クランクケース１３が設けられる。クランクケース１３は、オイルパン１３ａと共に構成される。クランクケース１３の中には、クランクシャフト１４が回転可能に支持され、各ピストン１２がコンロッド１５を介してクランクシャフト１４に連結される。オイルパン１３ａには、エンジン２の潤滑油（エンジンオイル）が貯留される。オイルパン１３ａは、この開示技術の「潤滑油貯留部」の一例に相当する。

各気筒にて、各ピストン１２の上側には燃焼室１６が形成される。各燃焼室１６には、吸気通路３に対応して吸気弁１７が設けられると共に、排気通路４に対応して排気弁１８が設けられる。各吸気弁１７及び各排気弁１８は、周知の動弁機構１９により、クランクシャフト１４の回転に連動して開閉するように構成される。これら吸気弁１７及び排気弁１８が開閉することにより、燃焼室１６へ空気（吸気）が吸入され、燃焼室１６から燃焼後の排気が排出される。エンジンブロック１１の上部には、動弁機構１９等を覆うヘッドカバー２０が設けられる。

各燃焼室１６には、吸気通路３が接続される。この実施形態の吸気通路３は、コンプレッサ６より上流の上流側吸気通路３Ａと、コンプレッサ６より下流の下流側吸気通路３Ｂとを含む。上流側吸気通路３Ａの入口側には、エアクリーナ２２が設けられる。下流側吸気通路３Ｂには、バタフライ式のスロットル弁７ａを含む電動式のスロットル装置７が設けられる。スロットル装置７より上流の下流側吸気通路３Ｂには、コンプレッサ６により過給された吸気を冷却するためのインタークーラ２３が設けられる。スロットル装置７より下流の下流側吸気通路３Ｂは、周知の吸気マニホルドから構成される。スロットル装置７は、運転席に設けられたアクセルペダル（図示略）の操作に連動してモータ（図示略）によりスロットル弁７ａを開閉駆動させるように構成される。この実施形態のスロットル弁７ａの構成は、一例に過ぎない。エアクリーナ２２にて浄化された空気は、吸気通路３及びスロットル装置７等を介して各燃焼室１６に吸入される。この吸入される空気量（吸気量）は、スロットル弁７ａの開度に応じて調節される。

この他、エンジンブロック１１には、各燃焼室１６のそれぞれに燃料を噴射供給するためのインジェクタ(図示略）が設けられる。インジェクタには、燃料タンク(図示略）から燃料ポンプ（図示略）等を介して燃料が供給されるようになっている。各インジェクタから各燃焼室１６へ噴射された燃料は吸気と共に混合気を形成する。

エンジンブロック１１の上部には、各燃焼室１６にて混合気に点火するための点火プラグ２５が設けられる。点火プラグ２５は、イグナイタ２６により印加される高電圧によって点火動作するようになっている。

各燃焼室１６には、排気マニホルドを含む排気通路４が接続される。タービン５より下流の排気通路４には、排気浄化のための触媒２７が設けられる。各燃焼室１６で生じた燃焼後の排気は、排気通路４及び触媒２７等を介して外部へ排出される。

この実施形態の水素エンジンシステム１は、各燃焼室１６で発生したブローバイガスを吸気通路３へ流してエンジン２へ還流するブローバイガス還流装置（以下「ＢＧＲ装置」と言う）を備える。このＢＧＲ装置は、エンジン２で発生するブローバイガスを蓄積するためのブローバイガス貯留部３０を備える。この実施形態では、一例として、クランクケース１３とヘッドカバー２０がブローバイガス貯留部３０を構成する。クランクケース１３とヘッドカバー２０は、エンジンブロック１１に設けられた連通路１１ａを介して互いに連通する。クランクケース１３には、オイルセパレータ３１が設けられる。オイルセパレータ３１は、クランクケース１３の内部にてブローバイガスに混入したエンジンオイル等の油分をブローバイガスから分離して捕捉する機能を有する。

この実施形態では、オイルセパレータ３１と、スロットル装置７より下流の下流側吸気通路３Ｂ（吸気マニホルド）との間には、クランクケース１３に蓄積されたブローバイガスをスロットル装置７より下流の下流側吸気通路３Ｂへ流してエンジン２へ還流するためのＢＧＲ通路８が設けられる。ＢＧＲ通路８は、ホース等の配管で構成される。ここで、オイルセパレータ３１は、クランクケース１３に設けられるが、ＢＧＲ通路８の一部を構成する。また、ＢＧＲ通路８には、同通路８におけるブローバイガス流量を調節するためのＰＣＶ弁９が設けられる。ここで、ＰＣＶ弁９は、圧力に感応して開度可変に構成された周知の構造を有する。ＰＣＶ弁９は、コンプレッサ６が非作動の非過給時に開弁し、コンプレッサ６が作動する過給時に閉弁するように構成される。

この実施形態で、上流側吸気通路３Ａとヘッドカバー２０との間には、ヘッドカバー２０及びクランクケース１３の中のブローバイガスを掃気するために、上流側吸気通路３Ａを流れる吸気の一部をヘッドカバー２０の中へ新気として導入するための新気導入通路３３が設けられる。ヘッドカバー２０の中へ導入された新気は、連通路１１ａを介してクランクケース１３の中へ導かれる。ここで、クランクケース１３、ヘッドカバー２０、ＢＧＲ通路８及び新気導入通路３３は互いに連通し、一つのＢＧＲ系が構成される。

［オイル暖機装置について］
この実施形態の水素エンジンシステム１は、エンジンオイルを暖機するためのオイル暖機装置を更に備える。オイル暖機装置は、図１に示すように、オイルパン１３ａに貯留されたエンジンオイルとの間で熱交換するための熱交換器４１と、排気通路４の周囲で排気熱により加熱された空気（ホットエア）を熱交換器４１を経由して流すための加熱空気通路４２と、加熱空気通路４２を開閉するための電動式の開閉弁４３とを備える。熱交換器４１は、オイルパン１３ａの中に配置され、この開示技術の「熱交換手段」の一例に相当する。熱交換器４１は、オイルパン１３ａの外壁に配置することもできる。加熱空気通路４２は、その入口４２ａがタービン５の近傍に配置され、その出口４２ｂがエアクリーナ２２より上流の吸気通路３の吸気入口３ａの近傍に配置される。タービン５の周囲は、外気に通じる隙間を介してシュラウド４４で覆われている。加熱空気通路４２の入口４２ａは、シュラウド４４の中に連通し、加熱空気通路４２の出口４２ｂは、吸気入口３ａの近傍に連通する。加熱空気通路４２の途中は、熱交換器４１の入口と出口にそれぞれ接続される。電動式の開閉弁４３は、板状の弁体４３ａをアクチュエータ（図示略）により揺動させることで開閉駆動するように構成される。

そして、エンジン２の始動後に、排気通路４を流れる排気によりタービン５が加熱され、その熱によりシュラウド４４の内側の空気が加熱される。このとき、開閉弁４３が開弁されることで、加熱空気通路４２には、その入口４２ａから出口４２ｂへ向かうホットエアの流れが生じる。そのホットエアが熱交換器４１を経由することで、オイルパン１３ａの中のエンジンオイルが熱交換器４１との熱交換により暖機される。

ここで、シュラウド４４の内側で加熱される空気（ホットエア）の温度について検討する。図２には、この実施形態の水素エンジンシステム１の車両の走行時間に対する各部温度ＴＨＡＥ，ＴＨＯの変化及び従前のエンジンシステムの車両の走行時間に対する各部温度ＴＨＡＯ，ＴＨＡＩ，ＴＨＷ，ＴＨＯ、ＴＨＯＮ、車速ＳＰＤ及び吸気量Ｇａの変化の一例をグラフに示す。従前の車両では、シュラウドで加熱されたホットエアは、本実施形態とは異なり、熱交換器を介することなく加熱空気通路を介してエアクリーナ入口近傍から吸気通路へ導入されるように構成される。図２において、破線は吸気量Ｇａの変化を示し、実線は車速ＳＰＤの変化を示し、１点鎖線は加熱されていないオイル温度ＴＨＯＮの変化を示し、点線は冷却水温度ＴＨＷの変化を示し、太線はエアクリーナ入口近傍の加熱空気通路の出口温度ＴＨＡＯの変化を示し、２点鎖線は排気通路の触媒入口温度ＴＨＳＣの変化を示し、別の破線はシュラウド近傍の加熱空気通路の入口温度ＴＨＡＩの変化を示す。また、図２において、出口温度ＴＨＡＯの直上の実線は本実施形態に係り熱交換器４１の入口温度（交換器入口温度）ＴＨＡＥの変化を示し、オイル温度ＴＨＯＮの直上の実線は熱交換器４１で熱交換されたオイル温度ＴＨＯの変化を示す。図２より、走行時間の経過に伴い、オイル温度ＴＨＯＮ，ＴＨＯ、冷却水温度ＴＨＷ、交換器入口温度ＴＨＡＥ、出口温度ＴＨＡＯ及び入口温度ＴＨＡＩは徐々に上昇することがわかる。ここで、入口温度ＴＨＡＩは、触媒入口温度ＴＨＳＣの変動に伴い大きく変動するが、出口温度ＴＨＡＯの変動は小さい。

この実施形態では、図１において、熱交換器４１は、加熱空気通路４２の出口４２ｂよりも加熱空気通路４２の入口４２ａに近いことから、ホットエアによる熱交換器４１の入口温度ＴＨＡＥは、出口温度ＴＨＡＯ（１００℃前後）より高く（例えば、１２０℃前後）なると推測できる。このため、図２に示すように、この実施形態のオイル温度ＴＨＯが、従前のオイル温度ＴＨＯＮよりも黒矢印で示すように上昇させることができる。

[電気的構成について]
水素エンジンシステム１の電気的構成について説明する。水素エンジンシステム１は、各種の制御を司る電子制御装置（ＥＣＵ）５０を更に備える。エアクリーナ２２の直下流には、上流側吸気通路３Ａを流れる吸気量Ｇａを検出するためのエアフローメータ５１が設けられる。スロットル装置７には、スロットル弁７ａの開度（スロットル開度）ＴＡを検出するためのスロットルセンサ５２が設けられる。スロットル装置７の直下流の下流側吸気通路３Ｂ（サージタンク）には、同吸気通路３Ｂにおける吸気圧力ＰＭを検出するための吸気圧センサ５３が設けられる。エンジンブロック１１には、クランクシャフト１４の回転角度（クランク角度）の変化をエンジン回転数ＮＥとして検出するための回転数センサ５４が設けられる。エンジンブロック１１には、その内部を流れる冷却水の温度（冷却水温度）ＴＨＷを検出するための水温センサ５５が設けられる。排気通路４には、排気中の酸素濃度から燃焼室１６の中の空燃比λを検出するための空燃比センサ５６が設けられる。オイルパン１３ａには、その中に貯まったエンジンオイルの温度（オイル温度）ＴＨＯを検出するためのオイル温センサ５７が設けられる。オイル温センサ５７は、この開示技術の「潤滑油温度検出手段」の一例に相当する。また、車両の運転席には、エンジン２の始動と停止を操作するためのイグニションスイッチ（ＩＧスイッチ）５８が設けられる。これら各種センサ等５１～５８は、エンジン２の運転状態を検出するための、この開示技術の「運転状態検出手段」の一例に相当する。

ＥＣＵ５０は、各種センサ等５１～５８により検出された吸気量Ｇａ、スロットル開度ＴＡ、吸気圧力ＰＭ、エンジン回転数ＮＥ、冷却水温度ＴＨＷ、空燃比λ及びオイル温度ＴＨＯ等に基づき燃料噴射制御、点火時期制御及びオイル暖機制御等を実行するようになっている。ここで、ＥＣＵ５０は、燃料噴射制御において、エンジン２の運転状態に応じて各インジェクタを制御し、エンジン２へ供給される燃料噴射量を制御するようになっている。また、ＥＣＵ５０は、点火時期制御において、エンジン２の運転状態に応じてイグナイタ２６を動作させて点火プラグ２５を制御するようになっている。ＥＣＵ５０は、オイル暖機制御において、エンジンオイルを暖機するためにエンジン２の運転状態に応じて開閉弁４３を制御するようになっている。ＥＣＵ５０は、この開示技術の「制御手段」の一例に相当する。

[オイル暖機制御について]
次に、ＥＣＵ５０が実行する「オイル暖機制御」について説明する。図３に、その制御内容をフローチャートにより示す。

処理がこのルーチンへ移行すると、ステップ１００で、ＥＣＵ５０は、ＩＧスイッチ５８の信号に基きイグニション（ＩＧ）がオンか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理ステップ１１０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ１９０へ移行する。

ステップ１１０では、ＥＣＵ５０は、各種センサ等５２～５７の検出値に基づきエンジン回転数ＮＥ、エンジン負荷ＫＬ、冷却水温度ＴＨＷ、オイル温度ＴＨＯ及び空燃比λを取り込む。

次に、ステップ１２０で、ＥＣＵ５０は、取り込まれたエンジン回転数ＮＥ、エンジン負荷ＫＬ、冷却水温度ＴＨＷ、オイル温度ＴＨＯ及び空燃比λに基づき水温係数Ｋthwλ、負荷係数Ｋkl、回転数係数Ｋne及び蒸発量Ｑevpを求める。

ここで、ＥＣＵ５０は、水温係数Ｋthwλについて、例えば、図４に示すような水温係数マップを参照することにより、冷却水温度ＴＨＷと空燃比λに応じた水温係数Ｋthwλを求めることができる。このマップでは、冷却水温度ＴＨＷが所定温度Ａ１（例えば、「７０℃」）より低くなるほど、空燃比λがリッチになるほど、水温係数Ｋthwλが「０」より高くなるように設定される。

ＥＣＵ５０は、負荷係数Ｋklについては、例えば、図５に示すような負荷係数マップを参照することにより、エンジン負荷ＫＬに応じた負荷係数Ｋklを求めることができる。このマップでは、エンジン負荷ＫＬが高くなるほど、負荷係数Ｋklが曲線的に高くなるように設定される。

また、ＥＣＵ５０は、回転数係数Ｋneについては、例えば、図６に示すような回転数係数マップを参照することにより、エンジン回転数ＮＥに応じた回転数係数Ｋneを求めることができる。このマップでは、エンジン回転数ＮＥが高くなるほど、回転数係数Ｋneが曲線的に低くなるように設定される。

更に、ＥＣＵ５０は、蒸発量Ｑevpについては、例えば、図７示すような蒸発量マップを参照することにより、オイル温度ＴＨＯに応じた蒸発量Ｑevpを求めることができる。このマップでは、オイル温度ＴＨＯが、例えば、「７０℃」より高くなるほど蒸発量Ｑevpが「０」より高くなるように設定される。

次に、ステップ１３０で、ＥＣＵ５０は、求められた水温係数Ｋthwλ、負荷係数Ｋkl、回転数係数Ｋne及び蒸発量Ｑevpと、取り込まれたエンジン回転数ＮＥにより、次の計算式（Ｆ１）に従ってエンジンオイルに含まれる含有水分量Ｗgs(i)を算出する。
Ｗgs(i)＝（Ｋthwλ＊Ｋkl＊Ｋne＊ＮＥ－Ｑevp）＋Ｗgs(i-1) …（Ｆ１）
ここで、「Ｗgs(i)」は今回算出される含有水分量であり、「Ｗgs(i-1)」は前回算出された含有水分量である。

次に、ステップ１４０で、ＥＣＵ５０は、算出された含有水分量Ｗgs(i)が「０」以下か否かを判断する。ここで、「０」はこの開示技術の「第１所定値」の一例に相当する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は、エンジンオイルに水分が含まれないものとして処理をステップ１５０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は、エンジンオイルに水分が含まれるものとして処理を１８０へ移行する。

ステップ１５０では、ＥＣＵ５０は、含有水分量Ｗgsを「０」に設定する。

次に、ステップ１６０で、ＥＣＵ５０は、オイル温度ＴＨＯが「９０℃」より高いか否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１７０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理を１８０へ移行する。

そして、ステップ１７０では、ＥＣＵ５０は、開閉弁４３を全閉制御する。これにより、シュラウド４４から加熱空気通路４２へのホットエアの流れが遮断され、熱交換器４１によるエンジンオイルの暖機が停止される。その後、ＥＣＵ５０は、処理を一旦終了する。

一方、ステップ１４０又はステップ１６０から移行してステップ１８０では、ＥＣＵ５０は、開閉弁４３を全開制御する。これにより、シュラウド４４から加熱空気通路４２へホットエアが流され、熱交換器４１との熱交換によりエンジンオイルが暖機される。その後、ＥＣＵ５０は、処理を一旦終了する。

一方、ステップ１００から移行して、ステップ１９０では、ＥＣＵ５０は、含有水分量Ｗgs(i)をメモリに記憶する。

次に、ステップ２００で、ＥＣＵ５０は、ＥＣＵ５０をオフし、その後の処理を一旦終了する。

上記したオイル暖機制御によれば、ＥＣＵ５０は、エンジンオイルが含有する含有水分量Ｗgs(i)を、検出される運転状態に基いて算出し、算出した含有水分量Ｗgs(i)に応じて熱交換器４１へのホットエアの流れを制御するために開閉弁４３を制御するようになっている。詳しくは、ＥＣＵ５０は、冷却水温度ＴＨＷ及び空燃比λに加え、エンジン負荷ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥに基いて含有水分量Ｗgs(i)を算出する。

更に、ＥＣＵ５０は、検出されるオイル温度ＴＨＯに基き含有水分の蒸発量Ｑevpを算出し、前回算出した含有水分量Ｗgs(i-1)から算出した蒸発量Ｑevpを減算することにより今回の含有水分量Ｗgs(i)を算出し、今回算出した含有水分量Ｗgs(i)が「０」（第１所定値）以下となるまで開閉弁４３を開弁するようになっている。

加えて、ＥＣＵ５０は、今回算出した含有水分量Ｗgs(i)が「０」以下であっても、検出されるオイル温度ＴＨＯが「９０℃」（第２所定値）以下となる場合は、オイル温度ＴＨＯが「９０℃」より高くなるまで開閉弁４３を開弁するようになっている。

［水素エンジンシステムの作用及び効果について］
以上説明したこの実施形態の水素エンジンシステム１の構成によれば、エンジン２の始動直後に、開閉弁４３により加熱空気通路４２を開くことで、排気通路４（タービン５）の周囲で加熱された空気が加熱空気通路４２を介し熱交換器４１を経由して流れる。従って、オイルパン１３ａに貯留されたエンジンオイルと熱交換器４１との間で熱交換が行われ、そのエンジンオイルが加熱されたホットエアの温度範囲内で加熱される。このため、エンジン２の始動直後からホットエアによりエンジンオイルを過熱により硬化させることなく有効に暖機することができる。この結果、エンジンオイルにおいて含有水分混入による乳化現象の発生を抑制することができる。

この実施形態の構成によれば、ＥＣＵ５０は、各種センサ等５１～５７により検出されるエンジン２の運転状態に基いてエンジンオイルの含有水分量Ｗgs(i)を算出し、その含有水分量Ｗgs(i)に応じて開閉弁４３を制御することにより、熱交換器４１へのホットエアの流れが制御される。従って、エンジンオイルはエンジン２の運転状態に応じて推定される含有水分量Ｗgs(i)に応じて加熱される。このため、エンジンオイルの含有水分量Ｗgs(i)に応じてエンジンオイルを有効に暖機することができる。

この実施形態の構成によれば、ＥＣＵ５０は、含有水分量Ｗgs(i)を、エンジン２の運転状態に関連した冷却水温度ＴＨＷ及び空燃比λのうち少なくとも冷却水温度ＴＨＷに基いて算出する。このため、エンジン２の冷却水温度ＴＨＷ及び空燃比λのうち少なくとも冷却水温度ＴＨＷを反映した含有水分量Ｗgs(i)を推定することができる。

この実施形態の構成によれば、ＥＣＵ５０は、含有水分量Ｗgs(i)を、エンジン２の運転状態に関連した冷却水温度ＴＨＷ及び空燃比λのうち少なくとも冷却水温度ＴＨＷと、エンジン負荷ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥのうち少なくとも一方に基いて算出する。このため、冷却水温度ＴＨＷ及び空燃比λに加え、更に、エンジン負荷ＫＬ及びエンジン回転数ＮＥのうち少なくとも一方を反映した含有水分量Ｗgs(i)を精度よく推定することができる。

この実施形態の構成によれば、ＥＣＵ５０は、前回算出した含有水分量Ｗgs（i-1）から、オイル温度ＴＨＯに基き算出した含有水分の蒸発量Ｑevpを減算することで今回の含有水分量Ｗgs(i)を算出するので、蒸発量Ｑevpを反映したより正確な含有水分量Ｗgs(i)が求められる。このため、開閉弁４３が、「０」（第１所定値）を基準として精度よく開弁され、ホットエアによりエンジンオイルを好適に暖機することができる。

この実施形態の構成によれば、ＥＣＵ５０は、含有水分量Ｗgs(i)が「０」（第１所定値）以下であっても、オイル温度ＴＨＯが「９０℃」（第２所定値）より高くなるまで開閉弁４３を開弁するので、エンジンオイルの粘性低下を想定して開閉弁４３が閉弁される。このため、エンジンオイルの粘性を好適に低下させることができ、エンジン２の燃費を向上させることができる。

図８には、オイル温度ＴＨＯに対するオイル粘度の関係をグラフにより示す。図８に示すように、オイル粘度はオイル温度ＴＨＯが「９０℃」以上では、殆ど低下しないことがわかる。このため、算出した含有水分量Ｗgs(i)が減少してもオイル温度ＴＨＯが「９０℃」を超えるまで熱交換器４１にホットエアを流してエンジンオイルの暖機を継続することで、エンジン２の各部に対しエンジンオイルを有効に機能させることができる。この結果、エンジンフリクションを低減させることができ、エンジン２の燃費向上を図ることができる。

この実施形態では、タービン５の周囲で排気熱により加熱された空気（ホットエア）によりエンジンオイルを暖機するように構成したので、ＥＧＲガスの熱によりエンジンオイルを加熱するように構成した従来例とは異なり、エンジン２の始動後に直ちにエンジンオイルの暖機を開始することができる。すなわち、従来例では、エンジンの始動後にエンジンの暖機が未完了の場合にはＥＧＲを開始することができず、その分だけエンジンオイルの暖機開始が遅れていたのに対し、この実施形態では、エンジン動後に速やかにエンジンオイルの暖機を開始することができる。

この実施形態では、タービン５の周囲で排気熱により加熱されたホットエアによりオイルパン１３ａに貯まったエンジンオイルを熱交換器４１を介して暖機するように構成したので、ＥＧＲガスの熱によりオイルパンに貯まったエンジンオイルを熱交換器を介して加熱するように構成した従来例とは異なり、熱交換器４１の入口がＥＧＲガスにより過熱することがなく、熱交換器４１に接するエンジンオイルの熱劣化や熱硬化を防止することができる。すなわち、従来例では、４００℃近い高温のＥＧＲガスが熱交換器へ流れることもあり、熱交換器に接したエンジンオイルが熱劣化や熱硬化するおそれがあった。これに対し、この実施形態では、エンジンオイルの過熱を抑制することができ、エンジンオイルの熱劣化や熱硬化を防止することができる。

この実施形態では、熱交換器４１に流したホットエアをエアクリーナ２２の入口近傍に流すようにしたので、そのホットエアが吸気通路３へ流れることになる。このため、エンジン２に取り込まれる吸気温度を高めることができ、その分だけエンジン２での燃焼効率を高めることができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態につき、図９、図１０を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し異なった点を中心に説明する。

[オイル暖機制御について]
この実施形態では、オイル暖機制御の内容の点で第１実施形態と構成が異なる。図９に、この実施形態の「オイル暖機制御」の内容をフローチャートにより示す。図９に示すように、この実施形態のフローチャートでは、図３におけるステップ１６０の処理が省略され、ステップ１３０とステップ１４０との間にステップ３００の処理が加わり、ステップ１４０とステップ１８０との間にステップ３１０の処理が加わる。

このルーチンにおいて、ＥＣＵ５０は、ステップ１３０の処理を実行した後、ステップ３００において、オイル温度ＴＨＯに応じた含有水分の余熱による蒸発量（余熱蒸発量）Ｗgsevpを求める。ＥＣＵ５０は、例えば、図１０に示すような余熱蒸発量マップを参照することによりオイル温度ＴＨＯに応じた余熱蒸発量Ｗgsevpを求めることができる。このマップでは、オイル温度ＴＨＯが「７０℃」以上になると余熱蒸発量Ｗgsevpが「０」から増大するようになっている。

その後、ＥＣＵ５０は、ステップ１４０の判断結果が肯定となる場合は、処理をステップ１５０へ移行し、次にステップ１７０の処理を実行した後、処理を一旦終了する。

一方、ＥＣＵ５０は、ステップ１４０の判断結果が否定となる場合は、ステップ３１０で、含有水分量Ｗgs(i)が余熱蒸発量Ｗgsevp以上か否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１８０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ１７０へ移行する。

上記したオイル暖機制御によれば、第１実施形態と同様、ＥＣＵ５０は、検出されるオイル温度ＴＨＯに基き含有水分の蒸発量Ｑevpを算出し、前回算出した含有水分量Ｗgs(i-1)から算出した蒸発量Ｑevpを減算することにより今回の含有水分量Ｗgs(i)を算出し、今回算出した含有水分量Ｗgs(i)が「０」（第１所定値）以下となるまで開閉弁４３を開弁するようになっている。加えて、ＥＣＵ５０は、検出されるオイル温度ＴＨＯに応じた余熱蒸発量Ｗgsevpを求め、今回算出した含有水分量Ｗgs(i)が「０」（第１所定値）より多くても、求めた余熱蒸発量Ｗgsevp未満となる場合は、開閉弁４３を閉弁するようになっている。

［水素エンジンシステムの作用及び効果について］
以上説明したこの実施形態の水素エンジンシステム１の構成によれば、第１実施形態と異なり、オイル温度ＴＨＯが「９０℃」より高くなることを考慮して、すなわちエンジンオイルの粘性低下を考慮して開閉弁４３を閉弁し、ホットエアによるエンジンオイルの暖機を停止することは行っていない。しかし、その代わりに、この実施形態の構成によれば、ＥＣＵ５０は、算出した含有水分量Ｗgs(i)が「０」（第１所定値）より多くても、算出した余熱蒸発量Ｗgsevp未満となる場合は、開閉弁４３を閉弁する。従って、含有水分量Ｗgs(i)が余熱蒸発量Ｗgsevpより少なくなるとエンジンオイルが加熱されなくなる。このため、エンジンオイルの過剰な暖機を防止することができる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態につき、図１１を参照して詳細に説明する。

[オイル暖機制御について]
この実施形態では、オイル暖機制御の内容の点で第１実施形態と構成が異なる。図１１に、この実施形態の「オイル暖機制御」の内容をフローチャートにより示す。図１１に示すように、この実施形態のフローチャートでは、図３におけるステップ１３０とステップ１４０との間にステップ３００の処理が加わり、ステップ１４０とステップ１８０との間にステップ３１０の処理が加わる。

このルーチンにおいて、ＥＣＵ５０は、ステップ１３０の処理を実行した後、ステップ３００において、オイル温度ＴＨＯに応じた余熱蒸発量Ｗgsevpを求める。ＥＣＵ５０は、例えば、図９に示すような余熱蒸発量マップを参照することによりオイル温度ＴＨＯに応じた余熱蒸発量Ｗgsevpを求めることができる。

その後、ＥＣＵ５０は、ステップ１４０の判断結果が肯定となる場合は、処理をステップ１５０へ移行し、次に、ステップ１６０及びステップ１７０の処理を実行した後、処理を一旦終了する。

一方、ＥＣＵ５０は、ステップ１４０の判断結果が否定となる場合は、ステップ３１０で、含有水分量Ｗgs(i)が余熱蒸発量Ｗgsevp以上か否かを判断する。ＥＣＵ５０は、この判断結果が肯定となる場合は処理をステップ１８０へ移行し、この判断結果が否定となる場合は処理をステップ１６０へ移行する。

上記したオイル暖機制御によれば、第１実施形態のオイル暖機制御の内容に加え、ＥＣＵ５０は、検出されるオイル温度ＴＨＯに応じた余熱蒸発量Ｗgsevpを求め、今回算出した含有水分量Ｗgs(i)が「０」（第１所定値）より多くても、求めた余熱蒸発量Ｗgsevp未満となる場合は、開閉弁４３を閉弁するようになっている。

［エンジンシステムの作用及び効果について］
以上説明したこの実施形態の水素エンジンシステム１の構成によれば、第１実施形態の作用及び効果に加え次のような作用及び効果を得る。すなわち、この実施形態の構成によれば、ＥＣＵ５０は、算出した含有水分量Ｗgs(i)が「０」（第１所定値）より多くても、算出した余熱蒸発量Ｗgsevp未満となる場合は、開閉弁４３を閉弁する。従って、含有水分量Ｗgs(i)が余熱蒸発量Ｗgsevpより少なくなるとエンジンオイルがホットエアにより加熱されなくなる。このため、エンジンオイルの過剰な暖機を防止することができる。

＜別の実施形態＞
なお、この開示技術は前記各実施形態に限定されるものではなく、開示技術の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。

（１）前記第１実施形態では、図３に示すフローチャートにおいて、ステップ１６０の処理を実行したが、この処理を省略することもできる。すなわち、第１実施形態のオイル暖機制御から、今回算出した含有水分量Ｗｇｓ(i)が「０」以下であっても、オイル温度ＴＨＯが「９０℃」以下となる場合はオイル温度ＴＨＯが「９０℃」より大きくなるまで開閉弁４３を開弁するようにした処理を省略することもできる。

（２）前記各実施形態では、熱交換器４１に流したホットエアをエアクリーナ２２の入口近傍に流すように構成したが、吸気通路のその他の部位に流すように構成することもできる。

（３）前記各実施形態では、オイル温度ＴＨＯをオイル温センサ５７により検出するように構成したが、オイル温度ＴＨＯを冷却水温度ＴＨＷから推測したり、冷却水温度ＴＨＷをオイル温度ＴＨＯとして代用したりすることもできる。

（４）前記各実施形態では、エンジンシステムを水素エンジンシステムに具体化したが、ガソリンエンジンシステムに具体化することもできる。

この開示技術は、潤滑油を使用するように構成したエンジンシステムに利用することができる。

１ 水素エンジンシステム
２ エンジン
３ 吸気通路
４ 排気通路
７ スロットル装置
７ａ スロットル弁
１３ａ オイルパン（潤滑油貯留部）
４１ 熱交換器（熱交換手段）
４２ 加熱空気通路
４３ 開閉弁
５０ ＥＣＵ（制御手段）
５１ エアフローメータ（運転状態検出手段）
５２ スロットルセンサ（運転状態検出手段）
５３ 吸気圧センサ（運転状態検出手段）
５４ 回転数センサ（運転状態検出手段）
５５ 水温センサ（運転状態検出手段）
５６ 空燃比センサ（運転状態検出手段）
５７ オイル温センサ（潤滑油温度検出手段）
５８ ＩＧスイッチ（運転状態検出手段）

Claims (8)

1. エンジンと、
   前記エンジンに導入される吸気が流れる吸気通路と、
   前記エンジンから排出される排気が流れる排気通路と、
   前記吸気通路に設けられ、前記エンジンに吸入される吸気量を調節するためのスロットル弁と、
   前記エンジンの潤滑油を貯留するための潤滑油貯留部と、
   前記潤滑油貯留部に貯留された前記潤滑油との間で熱交換するための熱交換手段と、
   前記排気通路の周囲で加熱された空気を前記熱交換手段を経由して流すための加熱空気通路と、
   前記加熱空気通路を開閉するための開閉弁と
   を備えたことを特徴とするエンジンシステム。
2. 請求項１に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記エンジンの運転状態を検出するための運転状態検出手段と、
   検出される前記運転状態に応じて前記開閉弁を制御するための制御手段と
   を更に備え、
   前記制御手段は、前記潤滑油が含有する含有水分量を、検出される前記運転状態に基いて算出し、算出した前記含有水分量に応じて前記熱交換手段への前記加熱された空気の流れを制御するために前記開閉弁を制御する
   ことを特徴とするエンジンシステム。
3. 請求項２に記載のエンジンシステムにおいて、
   検出される前記運転状態は、前記エンジンの冷却水温度と空燃比を含み、
   前記制御手段は、前記冷却水温度及び前記空燃比のうち少なくとも前記冷却水温度に基いて前記含有水分量を算出する
   ことを特徴とするエンジンシステム。
4. 請求項３に記載のエンジンシステムにおいて、
   検出される前記運転状態は、前記冷却水温度及び前記空燃比に加え、前記エンジンの負荷及び回転数を更に含み、
   前記制御手段は、前記冷却水温度及び前記空燃比のうち少なくとも前記冷却水温度と、前記負荷及び前記回転数のうち少なくとも一方とに基いて前記含有水分量を算出する
   ことを特徴とするエンジンシステム。
5. 請求項３又は４に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記潤滑油の温度を検出するための潤滑油温度検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、検出される前記潤滑油の温度に基き含有水分の蒸発量を算出し、前回算出した前記含有水分量から算出した前記蒸発量を減算することにより今回の含有水分量を算出し、今回算出した前記含有水分量が第１所定値以下となるまで前記開閉弁を開弁する
   ことを特徴とするエンジンシステム。
6. 請求項５に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記制御手段は、今回算出した前記含有水分量が前記第１所定値以下であっても、検出される前記潤滑油の温度が第２所定値以下となる場合は、前記潤滑油の温度が前記第２所定値より高くなるまで前記開閉弁を開弁する
   ことを特徴とするエンジンシステム。
7. 請求項５に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記制御手段は、検出される前記潤滑油の温度に応じた前記含有水分の余熱による蒸発量を算出し、今回算出した前記含有水分量が前記第１所定値より多くても、算出した前記余熱による蒸発量未満となる場合は、前記開閉弁を閉弁する
   ことを特徴とするエンジンシステム。
8. 請求項６に記載のエンジンシステムにおいて、
   前記制御手段は、検出される前記潤滑油の温度に基き前記含有水分の余熱による蒸発量を算出し、今回算出した前記含有水分量が前記第１所定値より多くても、算出した前記余熱による蒸発量未満となる場合は、前記開閉弁を閉弁する
   ことを特徴とするエンジンシステム。

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