(57)【要約】【課題】エンジンの暖機装置に関し、暖機を促進させつつ、燃費を効果的に向上する。【解決手段】エンジン１０の排気通路１１に設けられ、排気と冷却水との間で熱交換を行う廃熱回収用熱交換流路２２と、エンジン１０のシリンダブロックに形成されてシリンダブロック内に冷却水を流通させるシリンダブロック内流路２４と、廃熱回収用熱交換流路２２の冷却水出口部とシリンダブロック内流路２４の冷却水入口部とを接続する上流側冷却水流路２３と、シリンダブロック内流路２４の冷却水出口部と廃熱回収用熱交換流路２２の冷却水入口部とを接続する下流側冷却水流路２５と、上流側冷却水流路２３に設けられて冷却水を圧送するウォータポンプ３２とを備えた。を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けられ、該排気通路を流れる排気と流通させる冷却水との間で熱交換を行う熱交換流路と、
前記エンジンのシリンダブロックに形成され、該シリンダブロック内に冷却水を流通させる第１の冷却水流路と、
前記熱交換流路の冷却水出口部と前記第１の冷却水流路の冷却水入口部とを接続する第２の冷却水流路と、
前記第１の冷却水流路の冷却水出口部と前記熱交換流路の冷却水入口部とを接続する第３の冷却水流路と、
前記第２の冷却水流路もしくは前記第３の冷却水流路に設けられて冷却水を圧送するポンプと、を備えることを特徴とするエンジンの暖機装置。
【請求項２】
前記熱交換流路よりも排気上流側の排気通路から分岐して形成された分岐排気通路と、
前記排気通路と前記分岐排気通路との分岐部に設けられて排気の流路を切り替える流路切替バルブと、をさらに備え、
前記流路切替バルブは、前記熱交換流路で昇温された冷却水の温度が冷却水の沸騰を防ぐ所定の上限閾値以下の時は、排気の流路を前記熱交換流路が設けられた排気通路にする一方、前記熱交換流路で昇温された冷却水の温度が前記上限閾値よりも高くなると、排気の流路を前記分岐排気通路に切り替える請求項１に記載のエンジンの暖機装置。
【請求項３】
前記排気通路に排気を浄化する排気浄化触媒が設けられ、前記熱交換流路は該排気浄化触媒よりも排気下流側の排気通路に設けられる請求項１又は２に記載のエンジンの暖機装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの暖機装置に関し、特に、廃熱を回収して冷却水を加熱するエンジンの暖機装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、エンジンの暖機運転時は、エンジンで加熱される冷却水をラジエータから迂回させることで、冷却水温を早期に上昇させている。このようなエンジンの暖機装置は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
また、冷却水を圧送するポンプとして、エンジンから伝達される動力を断接可能にする電磁クラッチ付きのウォータポンプを備え、暖機運転時は電磁クラッチを切断してウォータポンプを停止させることで、冷却水温を早期に上昇させるものも知られている。このようなエンジンの暖機装置は、例えば特許文献２に記載されている。
【０００４】
これらエンジンの暖機装置においては、一般的に暖機運転時はエンジン回転数を高く設定して、エンジンの発熱により冷却水を効率よく加熱することで、暖機の促進を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３０１０６１号公報
【特許文献２】特開平１１−１３４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、エンジンの暖機を促進させるためにエンジン回転数を高く設定すると、暖機運転時におけるエンジン負荷の増大により燃費を悪化させる懸念がある。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目的は、暖機を促進させつつ、燃費を効果的に向上することができるエンジンの暖機装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明のエンジンの暖機装置は、エンジンの排気通路に設けられ、該排気通路を流れる排気と流通させる冷却水との間で熱交換を行う熱交換流路と、前記エンジンのシリンダブロックに形成され、該シリンダブロック内に冷却水を流通させる第１の冷却水流路と、前記熱交換流路の冷却水出口部と前記第１の冷却水流路の冷却水入口部とを接続する第２の冷却水流路と、前記第１の冷却水流路の冷却水出口部と前記熱交換流路の冷却水入口部とを接続する第３の冷却水流路と、前記第２の冷却水流路もしくは前記第３の冷却水流路に設けられて冷却水を圧送するポンプとを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、前記熱交換流路よりも排気上流側の排気通路から分岐して形成された分岐排気通路と、前記排気通路と前記分岐排気通路との分岐部に設けられて排気の流路を切り替える流路切替バルブとをさらに備え、前記流路切替バルブは、前記熱交換流路で昇温された冷却水の温度が冷却水の沸騰を防ぐ所定の上限閾値以下の時は、排気の流路を前記熱交換流路が設けられた排気通路にする一方、前記熱交換流路で昇温された冷却水の温度が前記上限閾値よりも高くなると、排気の流路を前記分岐排気通路に切り替えるものであってもよい。
【００１０】
また、前記排気通路に排気を浄化する排気浄化触媒が設けられ、前記熱交換流路は該排気浄化触媒よりも排気下流側の排気通路に設けられてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のエンジンの暖機装置によれば、暖機を促進させつつ、燃費を効果的に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの暖機装置を示す模式的な全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態において、（ａ）は排気流路切替バルブがＯＮにされた時の排気流路を説明する図、（ｂ）は排気流路切替バルブがＯＦＦにされた時の排気流路を説明する図である。
【図３】本発明の一実施形態において、（ａ）は暖機開始時の冷却水回路を説明する図、（ｂ）は暖機継続時の冷却水回路を説明する図、（ｃ）は暖機完了時の冷却水回路を説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る制御内容を示すフローチャートである。
【図５】本発明の他の実施形態に係るエンジンの暖機装置を示す模式的な全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１〜４に基づいて、本発明の一実施形態に係るエンジンの暖機装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１４】
まず、図１に基づいて、本実施形態のエンジンの暖機装置２０が搭載される車両の排気系から説明する。
【００１５】
本実施形態の排気系において、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０の排気通路１１には排気上流側から順に、酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：以下、ＤＯＣという）１２、ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦという）１３、選択的還元触媒（Selective Catalytic Reduction：以下、ＳＣＲという）１４が設けられている。
【００１６】
ＤＯＣ１２は、排気中のＮＯを酸化してＮＯ2を生成して、排気中のＮＯに対するＮＯ2の比率を増加させることで、ＳＣＲ１４による脱硝効率を高めるように機能する。
【００１７】
ＤＰＦ１３は、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという）を捕集すると共に、ＰＭの捕集量が所定量を超えると、蓄積したＰＭを焼却除去する再生が行われる。このＤＰＦ１３の再生は、排気上流側のＤＯＣ１２にポスト噴射により未燃燃料を供給し、酸化による熱で排気温度を上昇することで行われる。
【００１８】
ＳＣＲ１４は、図示しない尿素水インジェクタにより排気通路１１内に噴霧された尿素水から生成されるアンモニアを吸着するとともに、吸着したアンモニアで通過する排気中からＮＯｘを還元浄化する。
【００１９】
次に、本実施形態に係るエンジンの暖機装置２０の詳細構成について説明する。暖機装置２０は、熱交換用排気通路１１ａと、分岐排気通路１１ｂと、排気流路切替バルブ２１と、廃熱回収用熱交換流路２２と、上流側冷却水流路２３と、シリンダブロック内流路２４と、ウォータポンプ３２と、下流側冷却水流路２５と、ラジエータ用流路２６と、バイパス流路２７と、冷却水温センサ３５と、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）４０とを備えている。
【００２０】
なお、本実施形態において、シリンダブロック内流路２４は本発明の第１の冷却水流路、上流側冷却水流路２３は本発明の第２の冷却水流路、下流側冷却水流路２５は本発明の第３の冷却水流路に相当する。
【００２１】
熱交換用排気通路１１ａは、ＳＣＲ１４や図示しない消音器よりも排気下流側の排気通路１１に形成されている。この熱交換用排気通路１１ａ内には、詳細を後述する廃熱回収用熱交換流路２２が介装されている。
【００２２】
分岐排気通路１１ｂは、ＳＣＲ１４と廃熱回収用熱交換流路２２との間に位置する排気通路１１から分岐して形成されている。本実施形態において、この分岐排気通路１１ｂと熱交換用排気通路１１ａとは、排気を外部に放出するテールパイプとしても機能する。
【００２３】
排気流路切替バルブ２１は、例えば公知のバタフライバルブであって、熱交換用排気通路１１ａと分岐排気通路１１ｂとの分岐部に設けられている。この排気流路切替バルブ２１は、ＥＣＵ４０から入力される指示信号に応じてＯＮにされると、分岐排気通路１１ｂの上流端を閉鎖する。すなわち、ＳＣＲ１４からの排気は熱交換用排気通路１１ａに流入して外気に放出される（図２（ａ）参照）。一方、排気流路切替バルブ２１は、ＥＣＵ４０から入力される指示信号に応じてＯＦＦにされると、熱交換用排気通路１１ａの上流端を閉鎖する。すなわち、ＳＣＲ１４からの排気は分岐排気通路１１ｂに流入して外気に放出される（図２（ｂ）参照）。
【００２４】
廃熱回収用熱交換流路２２は、その流路内を流通させる冷却水と熱交換用排気通路１１ａ内を流れる排気との間で熱交換を行うもので、熱交換用排気通路１１ａ内に蛇行して形成されている。本実施形態において、この廃熱回収用熱交換流路２２は、ＳＣＲ１４よりも排気下流側に設けられているので、廃熱回収による排気温度の低下によりＳＣＲ１４が触媒活性温度よりも低くなることを防止することができる。
【００２５】
上流側冷却水流路２３は、廃熱回収用熱交換流路２２で排気との熱交換により昇温された冷却水をシリンダブロック内流路２４に供給する。このため、上流側冷却水流路２３は、その上流端部を廃熱回収用熱交換流路２２の冷却水出口部に接続されると共に、下流端部をシリンダブロック内流路２４の冷却水入口部に接続されている。
【００２６】
シリンダブロック内流路２４は、上流側冷却水流路２３から流入する冷却水を図示しないウォータジャケットに流通させるもので、エンジン１０のシリンダブロック内に形成されている。
【００２７】
ウォータポンプ３２は、冷却水を圧送供給するもので、シリンダブロック内流路２４の冷却水入口部に隣接して設けられている。このウォータポンプ３２は、エンジン１０の図示しないクランクシャフトから伝達される動力で駆動される。
【００２８】
下流側冷却水流路２５は、シリンダブロック内流路２４を流通した冷却水を廃熱回収用熱交換流路２２に流入させる。このため、下流側冷却水流路２５は、その上流端部をシリンダブロック内流路２４の冷却水出口部に接続されると共に、下流端部を廃熱回収用熱交換流路２２の冷却水入口部に接続されている。
【００２９】
ラジエータ用流路２６は、冷却水と外気との熱交換を行うラジエータ３１に冷却水を流入させるもので、下流側冷却水流路２５の上流側と上流側冷却水流路２３の下流側とを接続する。また、ラジエータ用流路２６と下流側冷却水流路２５との分岐部には、公知のサーモスタット３３が設けられている。このサーモスタット３３は、冷却水温が６５℃以上になると開弁して、冷却水の流路を下流側冷却水流路２５からラジエータ用流路２６に切り替える。
【００３０】
バイパス流路２７は、冷却水の流路をラジエータ３１から迂回させるもので、ラジエータ用流路２６のラジエータ３１よりも上流側と下流側とを連通する。また、バイパス流路２７とラジエータ用流路２６との分岐部には、公知のサーモスタット３４が設けられている。このサーモスタット３４は、冷却水温が８７℃以上になると開弁して、冷却水の流路をバイパス流路２７からラジエータ用流路２６に切り替える。
【００３１】
すなわち、本実施形態において、冷却水温が６５℃未満の時は、冷却水は廃熱回収用熱交換流路２２〜上流側冷却水流路２３〜シリンダブロック内流路２４〜下流側冷却水流路２５で構成される暖機開始時の冷却水回路を循環する（図３（ａ）参照）。
【００３２】
一方、冷却水温が６５℃以上で８７℃未満の時は、冷却水はシリンダブロック内流路２４〜サーモスタット３３よりも上流側の下流側冷却水流路２５〜サーモスタット３４よりも上流側のラジエータ用流路２６〜バイパス流路２７〜バイパス流路２７との合流部よりも下流側のラジエータ用流路２６〜ラジエータ用流路２６との合流部よりも下流側の上流側冷却水流路２３で構成される暖機継続時の冷却水回路を循環する（図３（ｂ）参照）。
【００３３】
さらに、冷却水温が８７℃以上の時は、冷却水はシリンダブロック内流路２４〜サーモスタット３３よりも上流側の下流側冷却水流路２５〜ラジエータ用流路２６〜ラジエータ用流路２６との合流部よりも下流側の上流側冷却水流路２３で構成される暖機完了時の冷却水回路を循環する（図３（ｃ）参照）。
【００３４】
冷却水温センサ３５は、排気との熱交換により昇温された冷却水の温度を検出するもので、廃熱回収用熱交換流路２２の冷却水出口部と隣接する上流側冷却水流路２３に設けられている。この冷却水温センサ３５で検出される冷却水温度ＴCOは、電気的に接続されたＥＣＵ４０に入力される。
【００３５】
ＥＣＵ４０は、エンジン１０の燃料噴射等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。この各種制御を行うため、ＥＣＵ４０には各種センサ類の出力信号が入力される。
【００３６】
また、ＥＣＵ４０は、冷却水温センサ３５で検出される冷却水温度ＴCOに応じて、排気流路切替バルブ２１を制御する。より詳しくは、ＥＣＵ４０には、冷却水の沸騰を防ぐ温度（例えば、８０℃）が冷却水温度上限閾値ＴLIM1として記憶されている。ＥＣＵ４０は、冷却水温センサ３５から入力される冷却水温度ＴCOがこの冷却水温度上限閾値ＴLIM1以下の時は、排気流路切替バルブ２１をＯＮにする指示信号を入力する。すなわち、分岐排気通路１１ｂの上流端が閉鎖されて、排気は熱交換用排気通路１１ａに流入する（図２（ａ）参照）。
【００３７】
一方、冷却水温センサ３５から入力される冷却水温度ＴCOが冷却水温度上限閾値ＴLIM1を超えると、ＥＣＵ４０は排気流路切替バルブ２１をＯＦＦにする指示信号を入力する。すなわち、熱交換用排気通路１１ａの上流端が閉鎖されて、排気は分岐排気通路１１ｂに流入する（図２（ｂ）参照）。
【００３８】
次に、図４に基づいて、本実施形態の暖機装置２０による制御フローを説明する。なお、本制御はエンジン１０の始動（イグニッションスイッチのキースイッチＯＮ）と同時にスタートする。
【００３９】
ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、エンジン１０の始動によりウォータポンプ３２が駆動すると共に、ＥＣＵ４０から排気流路切替バルブ２１をＯＮにする指示信号が入力される。すなわち、冷却水が廃熱回収用熱交換流路２２で排気との熱交換により昇温されると共に、昇温された冷却水が上流側冷却水流路２３を介してシリンダブロック内流路２４に流入して、廃熱回収によるエンジン１０の暖機が開始される。この時、冷却水はラジエータ用流路２６とバイパス流路２７とを迂回する暖機開始時の冷却水回路（図３（ａ）参照）を循環する。
【００４０】
その後、冷却水温が上昇して６５℃以上になると、Ｓ１１０ではサーモスタット３３が開弁する。すなわち、冷却水はラジエータ３０と廃熱回収用熱交換流路２２とを迂回する暖機継続時の冷却水回路（図３（ｂ）参照）を循環する。
【００４１】
Ｓ１２０では、冷却水温センサ３５から入力される冷却水温度ＴCOが冷却水温度上限閾値ＴLIM1（例えば８０℃）に達したか否かが判定される。冷却水温度ＴCOが冷却水温度上限閾値ＴLIM1を超えた場合は、冷却水の沸騰を回避すべく、Ｓ１３０でＥＣＵ４０から排気流路切替バルブ２１をＯＦＦにする指示信号が入力される。
【００４２】
さらに、冷却水温が上昇して８７℃以上になると、Ｓ１４０ではサーモスタット３４が開弁する。すなわち、冷却水はバイパス流路３１を迂回してラジエータ３０を流通する暖機完了時の冷却水回路（図３（ｃ）参照）を循環して本制御はリターンされる。
【００４３】
次に、本実施形態に係るエンジンの暖機装置２０による作用効果を説明する。
【００４４】
一般的なエンジンの暖機装置においては、暖機運転時は冷却水をラジエータから迂回させると共に、エンジン回転数を高く設定することで、暖機の促進を図っている。これに対し、本実施形態の暖機装置２０では、暖機運転時にエンジン回転数を高めることなく、廃熱回収用熱交換流路２２で冷却水を排気との熱交換により効果的に加熱して暖機を促進させている。
【００４５】
したがって、本実施形態の暖機装置２０によれば、エンジン回転数を高めることなく、廃熱回収により冷却水を効率よく加熱して暖機を早期に完了することが可能となり、暖機運転時の燃費を効果的に向上することができる。
【００４６】
また、本実施形態の暖機装置２０では、冷却水と排気との熱交換を行う廃熱回収用熱交換流路２２は、ＳＣＲ１４よりも排気下流側に位置して設けられている。
【００４７】
したがって、本実施形態の暖機装置２０によれば、廃熱回収による排気温度の低下でＳＣＲ１４が触媒活性温度よりも低下することを回避して、排ガス（ＮＯｘ排出）の悪化を効果的に防止することができる。
【００４８】
また、本実施形態の暖機装置２０では、冷却水温が沸騰温度に達する前に、排気の流路は熱交換用排気通路１１ａから分岐排気通路１１ｂに切り替えられて、排気と冷却水との熱交換は停止される。
【００４９】
したがって、本実施形態の暖機装置２０によれば、廃熱回収により必要以上に冷却水が昇温されて沸騰することを確実に回避することができる。
【００５０】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００５１】
例えば、熱交換用排気通路１１ａや分岐排気通路１１ｂは、消音器よりも排気下流側の排気通路１１に形成されるものとして説明したが、ＳＣＲ１４の直下流に形成されてもよく、触媒ヒータを備えていればＳＣＲ１４よりも排気上流側に形成されてもよい。
【００５２】
また、図５に示すように、下流側冷却水流路２５に電動ポンプ３８を設けると共に、ウォータポンプ３２にエンジン１０から伝達される動力を断接可能な電磁クラッチ３９を備える構成としてもよい。この場合、暖機運転時は電磁クラッチ３９を切断してウォータポンプ３２の駆動を停止させると共に、電動ポンプ３８のみで冷却水を圧送すれば、エンジン負荷が低減されて暖機運転時の燃費をさらに向上することができる。
【００５３】
また、エンジン１０は、ディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等であってもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０  エンジン
１１  排気通路
１１ａ  熱交換用排気通路
１１ｂ  分岐排気通路
２１  排気流路切替バルブ
２２  廃熱回収用熱交換流路（熱交換流路）
２３  上流側冷却水流路（第２の冷却水流路）
２４  シリンダブロック内流路（第１の冷却水流路）
２５  下流側冷却水流路（第３の冷却水流路）
３２  ウォータポンプ
４０  ＥＣＵ
【図１】
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【図５】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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