(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出された排気ガスを車外に排出する排気通路の流路面積を変更する第１の流路調整機構と、
前記第１の流路調整機構より排気ガス流れ上流側の前記排気通路から分岐し前記排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に還流する排気再循環通路の流路面積を変更する第２の流路調整機構と、
前記第２の流路調整機構より前記排気ガス流れ上流側の前記排気再循環通路から分岐し前記第１の流路調整機構より前記排気ガス流れ下流側の前記排気通路へと接続するバイパス通路の流路面積を変更する第３の流路調整機構と、
前記バイパス通路との分岐より前記排気ガス流れ上流側の前記排気再循環通路上に設けられ、冷却媒体により前記排気ガスを冷却する排気クーラと、
前記排気クーラと前記内燃機関とをつなぎ、前記冷却媒体と前記内燃機関との間の熱交換を可能とする冷却路と、
前記第１の流路調整機構の前記排気ガス流れ上流側の前記排気通路内の圧力と、前記第２の流路調整機構の前記排気ガス流れ上流側の前記排気再還流通路内の圧力と、前記第３の流路調整機構の前記排気ガス流れ上流側の前記バイパス通路の圧力と、のうちいずれか１つの圧力を検出する圧力センサと、を備え、
前記冷却媒体の温度が所定温度未満の場合、前記第１の流路調整機構、前記第２の流路調整機構および前記第３の流路調整機構は、それぞれの流路の流路面積を制限し、
前記圧力が所定圧以上となった場合、前記第３の流路調整機構は前記バイパス通路の流路面積を拡大し、
前記バイパス通路の流路面積が最大になった後も前記圧力が前記所定圧以上である場合、前記第１の流路調整機構は前記排気通路の流路面積を拡大する、
ことを特徴とする内燃機関の暖機促進システム。
【請求項２】
前記第３の流路調整機構は、前記第１の流路調整機構により制限された前記排気通路の流路面積よりも前記バイパス通路の流路面積を大きくする、
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の暖機促進システム。
【請求項３】
前記冷却媒体の温度が前記所定温度以上となった場合、
前記第１の流路調整機構は、前記冷却媒体の温度が前記所定温度未満のときよりも前記排気通路の流路面積を大きくする、
ことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の暖機促進システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の暖機を促進する暖機促進システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の始動直後に暖機を促進し、フリクションを低減して燃費の向上を図る暖機促進技術が検討されている。
例えば、下記特許文献１は、内燃機関に冷却媒体が導入される複数の冷却媒体通路を有し、この冷却媒体通路のうち、シリンダブロックに接続される第１の冷却媒体通路を流れる冷却媒体が、ＥＧＲクーラにおいて排気と熱交換するようにしている。同冷却媒体は、排気によって昇温されるのでシリンダブロックの暖機が促進されるとともに、内燃機関のその他の部位とで温度差を設け、各部を適切な温度状態にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−４７３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術のようにＥＧＲクーラの排熱を内燃機関の暖機に用いることにより、車両構成を複雑化せずに暖機の促進を図ることができる。一方で、上述した従来技術では、暖機をより効率的に行う上で改善の余地がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、より効率的に内燃機関の暖機を促進することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明にかかる内燃機関の暖機促進システムは、内燃機関から排出された排気ガスを車外に排出する排気通路の流路面積を変更する第１の流路調整機構と、前記第１の流路調整機構より排気ガス流れ上流側の前記排気通路から分岐し前記排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に還流する排気再循環通路の流路面積を変更する第２の流路調整機構と、前記第２の流路調整機構より前記排気ガス流れ上流側の前記排気再循環通路から分岐し前記第１の流路調整機構より前記排気ガス流れ下流側の前記排気通路へと接続するバイパス通路の流路面積を変更する第３の流路調整機構と、前記バイパス通路との分岐より前記排気ガス流れ上流側の前記排気再循環通路上に設けられ、冷却媒体により前記排気ガスを冷却する排気クーラと、前記排気クーラと前記内燃機関とをつなぎ、前記冷却媒体と前記内燃機関との間の熱交換を可能とする冷却路と、前記第１の流路調整機構の前記排気ガス流れ上流側の前記排気通路内の圧力と、前記第２の流路調整機構の前記排気ガス流れ上流側の前記排気再還流通路内の圧力と、前記第３の流路調整機構の前記排気ガス流れ上流側の前記バイパス通路の圧力と、のうちいずれか１つの圧力を検出する圧力センサと、を備え、前記冷却媒体の温度が所定温度未満の場合、前記第１の流路調整機構、前記第２の流路調整機構および前記第３の流路調整機構は、それぞれの流路の流路面積を制限し、前記圧力が所定圧以上となった場合、前記第３の流路調整機構は前記バイパス通路の流路面積を拡大し、前記バイパス通路の流路面積が最大になった後も前記圧力が前記所定圧以上である場合、前記第１の流路調整機構は前記排気通路の流路面積を拡大する、ことを特徴とする。
本発明にかかる内燃機関の暖機促進システムは、前記第３の流路調整機構は、前記第１の流路調整機構により制限された前記排気通路の流路面積よりも前記バイパス通路の流路面積を大きくする、ことを特徴とする。
本発明にかかる内燃機関の暖機促進システムは、前記冷却媒体の温度が前記所定温度以上となった場合、前記第１の流路調整機構は、前記冷却媒体の温度が前記所定温度未満のときよりも前記排気通路の流路面積を大きくする、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第１の流路調整機構、第２の流路調整機構および第３の流路調整機構に囲まれた領域（以下、単に「領域」という）、すなわち排気クーラを含む領域内の圧力を上昇させるので、この領域内の排気ガス温度が上昇するとともに、この領域内における排気ガスの流速が遅くなる。これにより、排気クーラ内で排気ガスから冷却媒体に移動する熱量が大きくなり、単に排気ガスを排気再循環通路に導入するよりも迅速に冷却媒体の温度を上昇させ、内燃機関の暖機を図る上で有利となる。
本発明によれば、排気通路の流路面積よりもバイパス通路の流路面積を大きく
する。このため、排気通路から排気再循環通路に導入される排気ガス量と比較して排気再循環通路からバイパス通路に導入される排気ガス量が少なくなり、上記領域内の圧力を確実に上昇させる上で有利となる。
本発明によれば、領域内の圧力が高くなり過ぎた場合に流路調整機構により圧力を調整するので、過度な圧力による配管の破損等を防止し、暖機促進システムの耐久性を向上させる上で有利となる。また、第３の流路調整機構を開ききってから第１の流路調整機構の開度を大きくするので、排気再循環通路に導入する排気ガス量を極力減らさずに領域内の圧力を調整し、短時間で内燃機関の暖機を行う上で有利となる。
本発明によれば、冷却媒体の温度が所定温度以上となった場合には排気再循環通路に導入する排気ガス量を低減させ、排気クーラにおける冷却媒体との熱交換量を低減させる。このため、冷却媒体から内燃機関への熱の移送を防止し、内燃機関を適切な温度に維持する上で有利となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態にかかる暖機促進システム１０の構成を示す説明図である。
【図２】ＥＣＵ５０の機能的構成を示す説明図である。
【図３】内燃機関２０の暖機運転中における暖機促進システム１０の状態を示す説明図である。
【図４】暖機運転中に内燃機関２０に負荷が与えられた場合の状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる内燃機関の暖機促進システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。
以下の説明において、「上流」、「下流」とは、それぞれ「排気ガス流れ上流」、「排気ガス流れ下流」を指す。
図１は、実施の形態にかかる暖機促進システム１０の構成を示す説明図である。
内燃機関（エンジン）２０から排出された排気ガスは、排気通路ＬＡを通り車外へと排出される。排気通路ＬＡ上には、排気ガス中の有害成分を還元および酸化により浄化する触媒２２、排気通路ＬＡの流路面積を調整する第１の流路調整機構４０、排気ガスが外部へ排出される際に発生する音を低減するマフラー２４が設けられている。
【００１０】
排気通路ＬＡのうち、第１の流路調整機構４０より排気ガス流れ上流側の箇所Ｐ１からは、排気ガスを内燃機関２０の吸気通路ＬＤに還流する排気再循環通路ＬＢが分岐している。本実施の形態では、排気再循環通路ＬＢを第１の流路調整機構４０の上流かつ触媒２２の下流としている。排気再循環通路ＬＢを通り内燃機関２０で再度燃焼に用いられる排気ガスは、排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）ガスとなる。
内燃機関２０の吸気通路ＬＤに還流される排気ガス量は、排気再循環通路ＬＢの流路面積を変更する第２の流路調整機構（ＥＧＲバルブ）４２を用いて調整する。第２の流路調整機構４２は、排気再循環通路ＬＢのうち後述するバイパス経路ＬＣとの分岐位置Ｐ２より下流に設けられている。
【００１１】
排気再循環通路ＬＢ上には、高温の排気ガスを冷却する排気クーラ２６が設けられている。排気クーラ２６内には冷却液等の冷却媒体が循環し、この冷却媒体と排気ガスとが熱交換を行い、排気ガスを冷却する。
排気クーラ２６には、冷却媒体が循環する排気クーラ冷却路２８が接続されている。排気クーラ冷却路２８は、排気クーラ２６と内燃機関２０とをつなぎ、排気クーラ２６を経た冷却媒体と内燃機関２０との間の熱交換を可能とする。
排気クーラ冷却路２８内の冷却媒体を循環させ、積極的に排気との熱交換を行うために、ポンプ３０を設置してもよい。ポンプ３０は、少なくとも内燃機関２０の暖機中に稼働するものとする。
【００１２】
排気再循環通路ＬＢのうち排気クーラ２６の下流からは、排気クーラ２６で冷却された排気ガスを吸気通路ＬＤに還流せずに排気通路ＬＡへと排出するバイパス通路ＬＣが分岐している。すなわち、バイパス通路ＬＣは、排気クーラ２６の排気ガス流れ下流側かつ第２の流路調整機構４４の排気ガス流れ上流側の排気再循環通路ＬＢから分岐し、第１の流路調整機構４０より排気ガス流れ下流側の排気通路ＬＡへと接続する。本実施の形態では、バイパス通路ＬＣの他端は、排気通路ＬＡ上のマフラー２４よりも上流の位置Ｐ３に接続している。
また、バイパス経路ＬＣのうち排気再循環通路ＬＢとの分岐位置Ｐ２より下流には、バイパス通路ＬＣの流路面積を変更する第３の流路調整機構４４が設けられている。
【００１３】
また、排気再循環通路ＬＢには通路内の圧力を検出する圧力センサ１８が設けられている。
本実施の形態では、圧力センサ１８が排気再循環通路ＬＢのうち排気クーラ２６の下流に設けられているものとするが、圧力センサ１８の設置位置は、内燃機関２０、第１の流路調整機構４０、第２の流路調整機構４２および第３の流路調整機構４４で囲まれる領域Ｒ（図３の網掛け部）の圧力を検出できる箇所であればどこでもよい。例えば、圧力センサ１８を排気クーラ２６より下流で分岐位置Ｐ２より上流の排気再循環通路ＬＢに配置した場合は、排気クーラ２６で冷却された排気の圧力を検出するため排気ガスからの熱害を受けにくい。
【００１４】
内燃機関２０には、高負荷運転時等に発生するノッキングを検出するノックセンサ１９が取り付けられている。ノックセンサ１９は、内燃機関２０のノッキング振動を圧電素子等で検出する。ノックセンサ１９は後述するＥＣＵ５０に接続されており、ノックセンサ１９によりノッキングが検出された場合、ＥＣＵ５０は内燃機関２０での点火リタード等を行う。
【００１５】
また、内燃機関２０には、燃焼室周辺にウォータージャケットが設けられており、ウォータージャケット内を循環する冷却媒体と燃焼室との間で熱交換を行うことにより、燃焼による内燃機関２０の過熱を防止している。
前述した排気クーラ冷却路２８は内燃機関２０内のウォータージャケットと連通し、排気クーラ２６を経た冷却媒体をウォータージャケット内に導入する。
なお、排気クーラ冷却路２８には冷却媒体の温度を検出する温度センサ１６が設けられている。
【００１６】
また、ウォータージャケットにはエンジン冷却路３４も連通されている。エンジン冷却路３４は、内燃機関２０とラジエータ３２とをつなぎ、内燃機関２０から熱を奪い温度が上昇した冷却媒体はラジエータ３２で冷却され、内燃機関２０へと還流される。
エンジン冷却路３４には、ポンプ３６およびサーモスタット弁３８が設けられている。
ポンプ３６は、エンジン冷却路３４内の冷却媒体を循環させる。
サーモスタット弁３８はラジエータ３２の上流に設けられており、冷却媒体が所定温度（例えば７０℃など）未満の場合、すなわち暖気中は閉となってラジエータ３２への冷却媒体の進入を阻止する。この場合、冷却媒体はラジエータバイパス路３４Ａを通り、冷却されずに循環する。
また、冷却媒体が所定温度以上の場合、すなわち暖気完了後にはサーモスタット弁３８は開となってラジエータ３２に冷却媒体を進入させる。この場合、冷却媒体はラジエータ３２で冷却され温度が低下する。
上述のようにエンジン冷却路３４および排気クーラ冷却路２８は共に内燃機関２０のウォータージャケットに連通しており、それぞれの冷却路を通った冷却媒体はウォータージャケット内で混合する。
【００１７】
第１の流路調整機構４０および第３の流路調整機構４４は、例えばバタフライ弁であり、弁棒Ｓを中心に弁体Ｄが０度から９０度の範囲で回転することによって、それぞれの調整対象通路の流路面積を調整する。
図１は、第１の流路調整機構４０および第３の流路調整機構４４がそれぞれの調整対象通路の流路面積を最小（流路面積＝ゼロ）、すなわち全閉にしている状態を図示している。この時、弁体Ｄの回転角度は０度である。弁体Ｄの回転角度が９０度になると、通路の流路面積は最大（流路面積≒配管断面積）、すなわち全開となる。
【００１８】
また、第２の流路調整機構４２は、例えば、一般的なＥＧＲバルブの構造であるグローブバルブである。
第２の流路調整機構４２は、吸気通路ＬＤへの排気ガスの還流量（ＥＧＲガス量）に基づいてその開度が制御される。
より詳細には、後述するＥＣＵ５０は、内燃機関２０の負荷、回転数および領域Ｒの圧力と第２の流路調整機構４２の開度（排気再循環通路ＬＢの流路面積、ＥＧＲガス量）との関係を示すＥＧＲ導入マップを有しており、当該ＥＧＲ導入マップに基づいて第２の流路調整機構４２の開度を変更する。
第２の流路調整機構４２が全閉になっている場合、排気再循環通路ＬＢの流路面積は最小（流路面積＝ゼロ）となり、第２の流路調整機構４２が全開になっている場合、排気再循環通路ＬＢの流路面積は最大（流路面積≒配管断面積）となる。
【００１９】
これら第１の流路調整機構４０、第２の流路調整機構４２および第３の流路調整機構４４は、内燃機関２０の運転状態を制御するＥＣＵ５０によってその開閉状態が制御されている。
図２は、ＥＣＵ５０の機能的構成を示す説明図である。
ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）５０は、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。
ＥＣＵ５０には、ドライバのアクセル操作量を検知するアクセルペダルセンサ５２や車両各輪の回転速度を検知する車輪速センサ５４、上述した温度センサ１６および圧力センサ１８、ノックセンサ１９等の各種センサが接続されている。
【００２０】
本実施の形態では、ＥＣＵ５０は、冷却媒体の温度および内燃機関２０の運転状態に基づいて、以下のように各流路調整機構の開閉状態を制御する。
図３は、内燃機関２０の暖機運転中における暖機促進システム１０の状態を示す説明図である。
車両の始動直後等には内燃機関２０の温度が低くなっているため、内燃機関２０の暖機を促進する暖機運転を行う。暖機運転を行うか否かは、ＥＣＵ５０が温度センサ１６の検出値を用いて判断する。すなわち、温度センサ１６の検出値が所定温度未満の場合、ＥＣＵ５０は暖機促進システム１０を以下のような状態とする。
なお、図３では内燃機関２０に負荷は与えられていない（例えばアイドリング状態）ものとする。
また、暖機運転中にはサーモスタット弁３８が閉となっているため、ラジエータ３２による冷却媒体の冷却は行われない。
【００２１】
暖機運転中、ＥＣＵ５０は、第１の流路調整機構４０、第２の流路調整機構４２および第３の流路調整機構４４により、排気通路ＬＡ、排気再循環通路ＬＢおよびバイパス通路ＬＣの流路面積をそれぞれ制限する。
より詳細には、例えば第１の流路調整機構４０の弁体Ｄの回転角度を０度とし全閉状態とするとともに、第３の流路調整機構４４を例えば弁体Ｄの回転角度を４５度とし半開状態とする。すなわち、第３の流路調整機構４４は、第１の流路調整機構４０により制限された排気通路ＬＡの流路面積よりもバイパス通路ＬＣの流路面積を大きくする。
また、上述のように内燃機関２０に負荷は与えられておらず、第２の流路調整機構４２は全閉状態となっている。
【００２２】
この場合、内燃機関２０から排出された排気ガスは、全量が排気再循環通路ＬＢに導入され、排気クーラ２６を通過する。また、バイパス通路ＬＣを通過して車外に排出される排気ガス量が制限され、内燃機関２０、第１の流路調整機構４０、第２の流路調整機構４２および第３の流路調整機構４４で囲まれる領域Ｒ（網掛け部）内の圧力が上昇し、この領域Ｒ内の排気ガス温度が高くなる。また、領域Ｒ内における排気ガスの流速が遅くなり、領域Ｒ内に排気ガスが滞在する時間が長くなる。
これにより、排気クーラ２６内で排気ガスから冷却媒体に移動する熱量が大きくなり、単に排気ガスを排気再循環通路ＬＢに導入するよりも迅速に冷却媒体の温度を上昇させ、内燃機関２０の暖機を図ることができる。
また、一般に触媒２２は低温時に性能が低下することが知られているが、本実施の形態では触媒２２が領域Ｒ内に配置されているため、短時間で触媒２２の温度を上昇させることができ、触媒２２の性能を効率的に発揮させることができる。
【００２３】
図４は、暖機運転中に内燃機関２０に負荷が与えられた場合の状態を示す説明図である。
暖機運転中にアクセルペダルが踏み込まれ内燃機関２０に負荷が与えられた場合、内燃機関２０からの排気ガス量が増加する。このため、図３に示す負荷が与えられていない状態よりも領域Ｒ内の圧力が上昇する。
なお、上述したＥＧＲ導入マップに従って第２の流路調整機構４２が開放されて、一部の排気ガスは排気再循環通路ＬＢを介して吸気通路ＬＤに還流される。
【００２４】
圧力センサ１８で検出された領域Ｒ内の圧力が所定圧以上となった場合、ＥＣＵ５０は、まず図４Ａに示すように第３の流路調整機構４４の開度を大きくしてバイパス通路ＬＣの流路面積を拡大する。これにより、バイパス通路ＬＣを介して車外に排出される排気ガス量が増加して領域Ｒ内の圧力が低下する。このとき第３の流路調整機構４４の開度は、領域Ｒ内の圧力が所定圧未満となるまで広げられる。
また、内燃機関２０からの排気ガス量が多い場合など、第３の流路調整機構４４を全開にしてバイパス通路ＬＣの流路面積を最大にした後も領域Ｒ内が所定圧以上である場合、ＥＣＵ５０は、図４Ｂに示すように第１の流路調整機構４０の開度を大きくして排気通路ＬＡの流路面積を拡大する。これにより、排気再循環通路ＬＢに導入される排気ガス量が低減して領域Ｒ内の圧力が低下する。
このようにすることで、領域Ｒ内の圧力上昇により配管の破損等が生じるのを防止しながら、排気ガスから冷却媒体への熱量移動を促進させ、早期に内燃機関２０の暖機を図ることができる。
なお、図４Ａのように、まず第３の流路調整機構４４のみの開度を調整するのは、第１の流路調整機構４０の開度を大きくした場合、排気再循環通路ＬＢに導入される排気ガス量が減少し、排気クーラ２６における熱交換量が低減して暖機完了までの所要時間が長くなってしまうためである。
【００２５】
また、冷却媒体の温度が所定温度以上となり、暖機が完了した場合、ＥＣＵ５０は第１の流路調整機構４０の開度を大きくし、暖機中（冷却媒体の温度が所定温度未満のとき）よりも排気通路ＬＡの流路面積を拡大する。
これにより、排気再循環通路ＬＢに導入される排気ガス量が減少して、排気クーラ２６内で排気ガスから冷却媒体に移動する熱量が低減し、内燃機関２０の過熱を防止することができる。
【００２６】
以上説明したように、実施の形態にかかる暖機促進システム１０によれば、内燃機関２０の暖機中に排気クーラ２６を含む領域Ｒ内の圧力を上昇させるので、この領域Ｒ内の排気ガス温度が上昇するとともに、この領域Ｒ内における排気ガスの流速が遅くなる。これにより、排気クーラ２６内で排気ガスから冷却媒体に移動する熱量が大きくなり、単に排気ガスを排気再循環通路ＬＢに導入するよりも迅速に冷却媒体の温度を上昇させ、内燃機関２０の暖機を図る上で有利となる。
また、暖機促進システム１０によれば、排気通路ＬＡの流路面積よりもバイパス通路ＬＣの流路面積を大きくする。このため、排気通路ＬＡから排気再循環通路ＬＢに導入される排気ガス量と比較して排気再循環通路ＬＢからバイパス通路ＬＣに導入される排気ガス量が少なくなり、上記領域内Ｒの圧力を確実に上昇させる上で有利となる。
また、暖機促進システム１０によれば、領域Ｒ内の圧力が高くなり過ぎた場合に各流路調整機構により圧力を調整するので、過度な圧力による配管の破損等を防止し、暖機促進システム１０の耐久性を向上させる上で有利となる。また、この時第３の流路調整機構４４を開ききってから第１の流路調整機構４０の開度を大きくするので、排気再循環通路ＬＢに導入する排気ガス量を極力減らさずに領域Ｒ内の圧力を調整し、短時間で内燃機関２０の暖機を行う上で有利となる。
また、暖機促進システム１０によれば、冷却媒体の温度が所定温度以上となった場合には排気再循環通路ＬＢに導入する排気ガス量を低減し、排気クーラ２６における冷却媒体との熱交換量を低減させる。このため、冷却媒体によって内燃機関２０が過熱されるのを防止し、内燃機関２０を適切な温度に維持する上で有利となる。
【符号の説明】
【００２７】
１０……暖機促進システム、２０……内燃機関、２６……排気クーラ、２８……排気クーラ冷却路、３２……ラジエータ、３４……エンジン冷却路、４０……第１の流路調整機構、４２……第２の流路調整機構、４４……第３の流路調整機構、５０……ＥＣＵ、５２……アクセルペダルセンサ、５４……車輪速センサ、ＬＡ……排気通路、ＬＢ……排気再循環通路、ＬＣ……バイパス通路。
【図１】
0006648536.tif 000002
【図２】
0006648536.tif 000003
【図３】
0006648536.tif 000004
【図４】
0006648536.tif 000005