(57)【要約】【課題】エンジン構造の変更なく始動を促進することができる始動支援装置を提供する。【解決手段】エンジン２とラジエータ３との間で冷却水が循環される循環路４と、エンジン２に連動し循環路４に冷却水を循環させる主ウォータポンプ５と、循環路４のラジエータ３からエンジン２に至る途中に設置され、トリガによって放熱開始可能な蓄熱器６と、循環路４の蓄熱器６からエンジン２に至る途中に設置された電動式の始動用ウォータポンプ７と、エンジン２のクランキング開始時に蓄熱器６をトリガし、始動用ウォータポンプ７に電力を供給する始動促進制御を行う始動促進制御部８とを備えた。【選択図】図１
2012215079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンとラジエータとの間で冷却水が循環される循環路と、
前記エンジンに連動し前記循環路に冷却水を循環させる主ウォータポンプと、
前記循環路の前記ラジエータから前記エンジンに至る途中に設置され、トリガによって放熱開始可能な蓄熱器と、
前記循環路の前記蓄熱器から前記エンジンに至る途中に設置された電動式の始動用ウォータポンプと、
前記エンジンのクランキング開始時に前記蓄熱器をトリガし、前記始動用ウォータポンプに電力を供給する始動促進制御を行う始動促進制御部とを備えたことを特徴とする始動支援装置。
【請求項２】
前記始動促進制御部は、キースイッチがオンされたときに、冷却水温度が始動促進閾値温度以下であれば、始動促進が必要と判定して始動促進制御を行うことを特徴とする請求項１記載の始動支援装置。
【請求項３】
前記始動促進制御部は、始動促進制御中に冷却水温度が始動促進閾値温度を超えると、始動促進が不要と判定して前記始動用ウォータポンプへの電力供給を停止して始動促進制御を終了することを特徴とする請求項１又は２記載の始動支援装置。
【請求項４】
前記始動促進制御部は、始動促進制御中にエンジン回転速度が始動完了閾値回転速度以上になると、始動完了と判定して前記始動用ウォータポンプへの電力供給を停止して始動促進制御を終了することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の始動支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン構造の変更なく始動を促進することができる始動支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの冷却水が循環される循環路に蓄熱器が設けられ、蓄熱器と熱交換して高温となった冷却水がウォータポンプでエンジンに供給されることでエンジンの暖機が促進される暖機促進システムが知られている（特許文献１）。
【０００３】
蓄熱器には潜熱蓄熱材が利用される。エンジンが定常運転中に冷却水の熱が潜熱蓄熱材の潜熱として蓄熱器に蓄えられ、エンジン停止後に温度が下がっても潜熱蓄熱材が相変化することがないため、蓄熱器では潜熱が保持される。エンジンのクランキング開始時、蓄熱器に通電によるトリガが与えられると潜熱蓄熱材が相変化して熱が放出される。この熱によって高温となった冷却水がエンジンに導入される。
【０００４】
蓄熱器に冷却水そのものが貯留される暖機促進システムもある。この場合、エンジンが定常運転中に高温の冷却水が蓄熱器に取り込まれ、エンジン停止後は蓄熱器で冷却水が保温され、エンジンのクランキング開始時、蓄熱器に弁開放によるトリガが与えられると蓄熱器から高温の冷却水がウォータポンプでエンジンに供給される（特許文献２）。
【０００５】
エンジン自体に蓄熱器が設置される暖機促進システムもある。すなわち、エンジンの肉厚内部に潜熱蓄熱材を収容することで蓄熱器が構成される（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−１７３６７９号公報
【特許文献２】特開２００９−２５０１４７号公報
【特許文献３】特開平１１−１８２３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エンジンのクランキング時における着火の容易性は、エンジンの壁温度（燃焼室温度）に依存する。エンジンの壁温度が高ければ、着火が容易となる。着火が容易であれば始動が早く達成される。したがって、特許文献１、２の暖機促進システムのようにエンジンのクランキング時に高温の冷却水がエンジンに供給されることは、一見、始動促進に有利に思われる。
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２の暖機促進システムは、暖機を促進する効果（始動達成後、エンジンを早く暖機させる効果）はあっても、始動を促進する効果（着火を早める効果）を望むことはできない。
【０００９】
ここで、エンジンの始動の様子を説明すると、エンジンの始動は、キースイッチオン、すなわちキースイッチの接点が運転者によってスタータポジションに操作されたとき開始される。キースイッチは、スタータポジションに関してモメンタリ接点であるため、運転者はキーを掴んだままキースイッチオンの状態を維持する。キースイッチがオンであるためスタータモータに電流が流れ、スタータモータの回転力によってエンジンがクランキングされる。その後、エンジンで着火が起き始め、次第に着火が安定して起き、エンジンが自発的に回転するようになる。このときクランキングは不要となる。運転者がエンジンの回転音などから判断してキーを手放すと、接点がスタータポジションから解放され、スタータモータは停止する。クランキング時のエンジン回転速度は２００回転／分程度である。エンジンが自発的に回転し始めたときのエンジン回転速度は６００回転／分程度である。本発明では、クランキングが開始されてからエンジン回転速度がこの速度に達するまでを始動と定義する。
【００１０】
特許文献１、２の暖機促進システムでは、ウォータポンプがエンジンに駆動ベルトで連結されているため、ウォータポンプはエンジンと連動し、エンジン回転速度が高ければウォータポンプの回転速度も高く、時間当たり吐出水量（以下、吐出容量という）は大きいが、エンジン回転速度が低ければウォータポンプの吐出容量は小さい。このため、クランキング時におけるウォータポンプの吐出容量は微量である。したがって、特許文献１、２の暖機促進システムでは、キースイッチオンをトリガにして高温の冷却水を供給開始したとしても、そのときエンジンに供給される高温の冷却水は微量に過ぎず、エンジンの壁温度を高めて始動を促進する（着火を早める）には至らない。
【００１１】
一方、特許文献３の暖機促進システムは、エンジン内部の蓄熱器から放熱がなされるため、始動を促進する効果が望める。しかし、エンジンの肉厚内部に潜熱蓄熱材を収容するというエンジン構造の変更が現実的であるか不明である。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、エンジン構造の変更なく始動を促進することができる始動支援装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明の始動支援装置は、エンジンとラジエータとの間で冷却水が循環される循環路と、前記エンジンに連動し前記循環路に冷却水を循環させる主ウォータポンプと、前記循環路の前記ラジエータから前記エンジンに至る途中に設置され、トリガによって放熱開始可能な蓄熱器と、前記循環路の前記蓄熱器から前記エンジンに至る途中に設置された電動式の始動用ウォータポンプと、前記エンジンのクランキング開始時に前記蓄熱器をトリガし、前記始動用ウォータポンプに電力を供給する始動促進制御を行う始動促進制御部とを備えたものである。
【００１４】
前記始動促進制御部は、キースイッチがオンされたときに、冷却水温度が始動促進閾値温度以下であれば、始動促進が必要と判定して始動促進制御を行ってもよい。
【００１５】
前記始動促進制御部は、始動促進制御中に冷却水温度が始動促進閾値温度を超えると、始動促進が不要と判定して前記始動用ウォータポンプへの電力供給を停止して始動促進制御を終了してもよい。
【００１６】
前記始動促進制御部は、始動促進制御中にエンジン回転速度が始動完了閾値回転速度以上になると、始動完了と判定して前記始動用ウォータポンプへの電力供給を停止して始動促進制御を終了してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１８】
（１）エンジン構造の変更なく始動を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態を示す始動支援装置の構成図である。
【図２】図１の始動支援装置で実行される制御手順を示すフローチャートである。
【図３】図１の始動支援装置の始動用ウォータポンプが動作するタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
図１に示されるように、本発明に係る始動支援装置１は、エンジン２とラジエータ３との間で冷却水が循環される循環路４と、エンジン２に連動し循環路４に冷却水を循環させる主ウォータポンプ５と、循環路４のラジエータ３からエンジン２に至る途中に設置され、トリガによって放熱開始可能な蓄熱器６と、循環路４の蓄熱器６からエンジン２に至る途中に設置された電動式の始動用ウォータポンプ７と、エンジン２のクランキング開始時に蓄熱器６をトリガし、始動用ウォータポンプ７に電力を供給する始動促進制御を行う始動促進制御部８とを備えたものである。
【００２２】
循環路４及び主ウォータポンプ５は、従来よりエンジン２の冷却水循環系に使用されているものである。始動支援装置１は、バイパス路９及びサーモスタット１０を備えるが、バイパス路９及びサーモスタット１０は、従来よりエンジン２の冷却水循環系に使用されているものである。
【００２３】
本発明の始動支援装置１は、従来からある冷却水循環系に蓄熱器６、始動用ウォータポンプ７及び始動促進制御部８が付加されることで構成される。
【００２４】
蓄熱器６は、特許文献１に記載のような潜熱蓄熱材が利用されたものでもよいし、特許文献２に記載のような冷却水そのものが貯留されるものでもよい。以下では、潜熱蓄熱材として酢酸ナトリウムが充填された蓄熱器６が用いられるものとする。
【００２５】
始動用ウォータポンプ７は、主ウォータポンプ５と同等の定格吐出容量を有するものとする。例えば、冷却水循環系の冷却水総量が３リットルとすると、この冷却水循環系で使用される主ウォータポンプ５の定格吐出容量は一般に１５０リットル／分であるので、始動用ウォータポンプ７の定格吐出容量は１５０リットル／分とする。始動用ウォータポンプ７は、図示のように主ウォータポンプ５に対して直列に接続されるが、主ウォータポンプ５が定格未満で運転時も始動用ウォータポンプ７が定格で運転されれば、始動用ウォータポンプ７の定格運転に応じた量の冷却水が循環路４に循環されるものとする。また、始動用ウォータポンプ７が停止しているとき、主ウォータポンプ５が運転されれば、その運転に応じた冷却水が循環路４に循環されるものとする。始動用ウォータポンプ７は、主ウォータポンプ５に対して並列に接続されてもよい。
【００２６】
始動促進制御部８は、電子制御装置（Electronical Control Unit；ＥＣＵ）にソフトウェアとして搭載されるのが好ましい。キースイッチの状態、冷却水温度、エンジン回転速度等のパラメータは、従来よりＥＣＵで認識しているものである。ただし、冷却水温度の検出位置は、エンジン２のウォータジャケット内が好ましい。
【００２７】
図２に示されるように、始動支援装置１において始動促進制御部８が実行する制御手順は、キースイッチオンを確認するステップＳ１、冷却水温度から始動促進が必要かどうかを判定するステップＳ２、始動促進制御を行うステップＳ３、冷却水温度から始動促進の継続が必要か判定するステップＳ４、エンジン回転速度から始動完了を判定するステップＳ５、始動促進制御を終了するステップＳ６を有する。
【００２８】
以下、始動支援装置１の動作を説明する。
【００２９】
ステップＳ１にて、始動促進制御部８は、キースイッチがオンかどうかを確認する。キースイッチがオンかどうかは、キースイッチの接点がスタータポジションにあるか、スタータモータに電流が流れているかなどにより判定できる。
【００３０】
ステップＳ２にて、始動促進制御部８は、冷却水温度が始動促進閾値温度以下かどうか判定する。始動促進閾値温度は、蓄熱器６の潜熱蓄熱材として酢酸ナトリウムが使用されている場合、酢酸ナトリウムの発熱温度である５８℃より低い温度、例えば、５５℃に設定される。これは、冷却水温度が５５℃を越えていると、酢酸ナトリウムを発熱させても冷却水温度を高める効果がないからである。冷却水温度が始動促進閾値温度以下であればステップＳ３へ進む。冷却水温度が始動促進閾値温度を超えていればステップＳ６へ進む。
【００３１】
ステップＳ３にて、始動促進制御部８は、蓄熱器６をトリガし、始動用ウォータポンプ７に電力を供給する始動促進制御を開始する。蓄熱器６にトリガが与えられると潜熱蓄熱材が相変化して熱が放出される。一方、始動用ウォータポンプ７への供給電力は、定格吐出容量に相当する電力である。これにより、始動用ウォータポンプ７は、定格回転、いわゆるフル回転で運転される。蓄熱器６で熱交換して高温になった冷却水が始動用ウォータポンプ７により大量にエンジン２に供給される。
【００３２】
ステップＳ４にて、始動促進制御部８は、冷却水温度が始動促進閾値温度を超えているかどうか判定する。冷却水温度が始動促進閾値温度を超えていれば前述した理由で始動促進の継続は不要と判定しステップＳ６へ進む。冷却水温度が始動促進閾値温度以下であれば、始動促進の継続は必要と判定しステップＳ５へ進む。
【００３３】
ステップＳ５にて、始動促進制御部８は、エンジン回転速度が始動完了閾値回転速度以上かどうか判定する。始動完了閾値回転速度は、エンジン２が自発的に回転し始めるエンジン回転速度、例えば、６００回転／分に設定される。エンジン回転速度が始動完了閾値回転速度以上であれば始動完了と判定しステップＳ６へ進む。エンジン回転速度が始動完了閾値回転速度未満であれば始動完了ではないと判定しステップＳ３へ進む。
【００３４】
ステップＳ６にて、始動促進制御部８は、始動用ウォータポンプ７への電力供給を停止する。ステップＳ２から来た場合は、キースイッチがオンになった時点で冷却水温度が始動促進閾値温度を超えている場合であり、始動促進制御は開始されない。ステップＳ４から来た場合は、いったん始動促進制御が開始された後、冷却水温度が始動促進閾値温度を超えた場合であり、ステップＳ５から来た場合は、エンジン回転速度が始動完了閾値回転速度以上となった場合であり、いずれの場合も始動促進制御が終了されることになる。
【００３５】
なお、始動完了は、スタータ接点が解放されたことによっても判定できる。しかし、スタータ接点の解放は運転者のキー操作に依存する。エンジン回転速度に基づいて始動完了を判定することで、確実で再現性のある判定が可能となる。
【００３６】
図３により、始動用ウォータポンプ７の動作の推移を説明する。
【００３７】
今、冷却水温度は始動促進閾値温度より十分に低いものとする。キースイッチがオンになる以前は、始動用ウォータポンプ７の回転速度は０回転／分である。よって、吐出容量は、０リットル／分である。キースイッチがオンになると、蓄熱器６がトリガされると同時に始動用ウォータポンプ７はフル回転、すなわち定格回転される。定格回転での吐出容量は、この実施形態では１５０リットル／分である。このとき、エンジン２のクランキングに伴い主ウォータポンプ５も冷却水を供給するが、エンジン回転速度が低いため、その吐出容量は微量である。
【００３８】
その後、エンジン回転速度が始動完了閾値回転速度以上となって始動完了が確認されるか、又は、冷却水温度が上昇して始動促進閾値温度を超えると、始動用ウォータポンプ７の回転速度は０回転／分に戻される。始動用ウォータポンプ７による冷却水の供給はなくなり、主ウォータポンプ５による冷却水の供給のみが継続される。
【００３９】
このように、本発明の始動支援装置１では、キースイッチがオンになったとき蓄熱器６から放熱が開始されると同時に始動用ウォータポンプ７がフル回転されるので、エンジン２に高温の冷却水が瞬時に大量に供給され、急速にエンジン２の壁温度が上昇して始動が促進される。
【００４０】
以上説明したように、本発明の始動支援装置１によれば、循環路４の蓄熱器６からエンジン２に至る途中に電動式の始動用ウォータポンプ７が設置され、エンジン２のクランキング開始時に蓄熱器６の発熱が開始されると同時に始動用ウォータポンプ７がフル回転で運転されるので、従来の暖機促進システムでは期待できなかった始動の促進が可能となる。始動が促進されることにより、スタータモータに大電流が流されるクランキング時間が短縮されるので、電力消費が節約されて燃費が向上する。
【００４１】
本発明の始動支援装置１は、従来からある冷却水の循環系に蓄熱器６と始動用ウォータポンプ７と始動促進制御部８を追加するだけで実現できるので、エンジン構造の変更が必要ない。従来と同じエンジン２が使用でき、エンジン肉厚内部に潜熱蓄熱材が充填される必要がないので、製造が容易である。
【００４２】
本実施形態では、潜熱蓄熱材による蓄熱器６が使用されたが、冷却水そのものが貯留される蓄熱器が使用されても同等の効果が得られる。この場合、始動促進閾値温度は蓄熱器６に貯留されている冷却水の温度に応じて設定されるのが好ましい。
【００４３】
本実施形態では、始動用ウォータポンプ７が主ウォータポンプ５と同等の定格吐出容量を有するものとしたが、始動用ウォータポンプ７の定格吐出容量は、キースイッチオンから短時間でエンジン２の壁温度を上昇させるのに十分であることが望ましい。しかし、過剰に大容量のウォータポンプを使用するのはコストや燃費の面から好ましくない。したがって、始動用ウォータポンプ７の定格吐出容量は始動促進の効果を調べる実験により定められるのがよい。
【００４４】
本実施形態では、エンジン２に連動する主ウォータポンプ５と電動式の始動用ウォータポンプ７とが使用されたが、これら２つのウォータポンプが１つの電動式のウォータポンプで構成されてもよい。この場合も、前述と同様に、ウォータポンプの定格吐出容量は実験により定められるのがよい。
【００４５】
本実施形態では、循環路４は、エンジン２とラジエータ３のみに冷却水が循環されるよう構成されたが、冷却水の循環先にはヒータコア、ＥＧＲクーラなどがあってもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１  始動支援装置
２  エンジン
３  ラジエータ
４  循環路
５  主ウォータポンプ
６  蓄熱器
７  始動用ウォータポンプ
８  始動促進制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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