JP2019065760A - エンジン暖機システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンをより効率よく暖機する。
【解決手段】エンジン暖機システム１００は、吸気流路１８と、電動過給機２２と、排気流路２０と、ＥＧＲ流路３３と、排気流路を開閉する排気制御バルブ３２と、ＥＧＲ流路を開閉するＥＧＲバルブ３５と、エンジン１の吸気バルブ１２および排気バルブ１３と、エンジンが停止する際に、吸気弁および排気弁を開放制御する吸排気バルブ制御部１１４と、所定のエンジン暖機実行条件が成立すると、電動過給機を駆動させる電動過給機制御部１２８と、排気制御バルブとＥＧＲバルブとを制御するバルブ制御部１２０、１２２と、を備える。また、バルブ制御部は、エンジン暖機実行条件が成立すると、排気制御バルブおよびＥＧＲバルブを閉鎖し、所定のエンジン暖機循環条件が成立すると、電動過給機を所定の駆動領域で駆動させるように、ＥＧＲバルブを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンを暖機するエンジン暖機システムに関する。

吸気を圧縮する電動過給機を備えたエンジンが知られている。この電動過給機を利用した技術として、例えば、エンジンの停止中に電動過給機を駆動してＥＧＲ経路を介してガスを循環させることで触媒を暖機する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００８−２５５９４０号公報

上記特許文献１に記載される技術のように電動過給機を用いて暖機を行う場合、熱源たる電動過給機を、より効率的に用いることが望ましい。

そこで、本発明は、エンジンをより効率よく暖機することができるエンジン暖機システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のエンジン暖機システムは、エンジンに接続され、吸気が流通する吸気流路と、吸気流路の途中に設けられ、モータの駆動によって吸気を圧縮する電動過給機と、エンジンに接続され、排気ガスが排出される排気流路と、排気流路に排出された排気ガスを、吸気流路における電動過給機よりも上流側に還流させるＥＧＲ流路と、排気流路におけるＥＧＲ流路との分岐位置よりも下流側に設けられ、排気流路を開閉する排気制御バルブと、ＥＧＲ流路に設けられ、ＥＧＲ流路を開閉するＥＧＲバルブと、エンジンの吸気ポートとエンジンの燃焼室とを開閉する吸気バルブと、エンジンの排気ポートとエンジンの燃焼室とを開閉する排気バルブと、エンジンが停止する際または停止した後に、吸気バルブおよび排気バルブを開放制御する吸排気バルブ制御部と、エンジンの停止時において所定のエンジン暖機実行条件が成立すると、電動過給機を駆動させる電動過給機制御部と、排気制御バルブとＥＧＲバルブとを制御するバルブ制御部と、を備え、バルブ制御部は、エンジン暖機実行条件が成立すると、排気制御バルブおよびＥＧＲバルブを閉鎖し、所定のエンジン暖機循環条件が成立すると、電動過給機を所定の駆動領域で駆動させるように、ＥＧＲバルブを制御する。

また、吸気流路におけるＥＧＲ流路との合流位置よりも上流側に設けられ、吸気流路を開閉する吸気制御バルブと、吸気流路における電動過給機よりも下流側の圧力を測定する圧力センサと、を備え、バルブ制御部は、圧力センサによって測定された圧力に基づいたエンジン暖機循環条件が成立すると、吸気制御バルブを閉鎖する制御を行ってもよい。

また、バルブ制御部は、エンジン暖機実行条件が成立後、圧力センサによって測定された圧力が所定の圧力以上のときに排気制御バルブを開放する制御を行ってもよい。

また、吸気流路における電動過給機よりも下流側の圧力を測定する圧力センサを備え、バルブ制御部は、圧力センサによって測定された圧力に基づいて、ＥＧＲバルブの開度を調整してもよい。

また、吸気流路における電動過給機よりも下流側の圧力を測定する圧力センサを備え、駆動領域は、電動過給機が吸気流量に応じた効率最良点で駆動される場合より、電動過給機に流通される空気の圧力と、電動過給機によって圧縮された空気の圧力との比である圧力比が高く、また、電動過給機を流通する空気の流量が少ない領域であるとよい。

また、吸気流路における電動過給機よりも下流側の圧力を測定する圧力センサを備え、バルブ制御部は、圧力センサによって測定された圧力に基づいた所定のエンジン暖機高圧条件が成立すると、排気制御バルブを開放する制御を行ってもよい。

本発明によれば、エンジンをより効率よく暖機することができる。

本実施形態におけるエンジン暖機システムを説明する概略図である。 暖機中の空気の流れを示す説明図である。 暖機中の空気の流れを示す説明図である。 電動過給機が駆動する際の効率のマップを示す図である。 エンジン停止時におけるエンジン暖機処理を説明するフローチャートである。 エンジン始動時におけるエンジン暖機処理を説明するフローチャートである。 本実施形態における変形例を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態におけるエンジン暖機システム１００を説明する概略図である。なお、図１中、信号の流れを破線の矢印で示す。

図１に示すように、エンジン暖機システム１００には、エンジン１が設けられる。エンジン１は、クランクシャフト２を挟んで２つのシリンダブロック３にそれぞれ形成されたシリンダボア３ａが対向して配された水平対向４気筒エンジンである。

シリンダブロック３には、クランクケース４が一体形成されるとともに、クランクケース４とは反対側にシリンダヘッド５が固定されている。クランクシャフト２は、２つのクランクケース４によって形成されたクランク室６内に回転自在に支持される。

シリンダボア３ａには、コネクティングロッド７を介してクランクシャフト２に連結されたピストン８が摺動可能に収容されている。そして、エンジン１では、シリンダボア３ａと、シリンダヘッド５と、ピストン８の冠面とによって囲まれた空間が燃焼室９として形成される。

シリンダヘッド５には、吸気ポート１０および排気ポート１１が燃焼室９に連通するように形成される。吸気ポート１０と燃焼室９との間には、吸気バルブ１２の先端が位置し、排気ポート１１と燃焼室９との間には、排気バルブ１３の先端が位置している。

また、エンジン１では、シリンダヘッド５およびヘッドカバー１４に囲まれたカム室内に、吸気バルブ用カム１５および排気バルブ用カム１６が設けられる。吸気バルブ用カム１５は、吸気バルブ１２の他端に当接されており、回転することで吸気バルブ１２を軸方向に移動させる。これにより、吸気バルブ１２は、吸気ポート１０と燃焼室９との間を開閉する。排気バルブ用カム１６は、排気バルブ１３の他端に当接されており、回転することで排気バルブ１３を軸方向に移動させる。これにより、排気バルブ１３は、排気ポート１１と燃焼室９との間を開閉する。

吸気ポート１０の上流側には、インテークマニホールド１７を含む吸気流路１８が連通される。また、排気ポート１１の下流側には、エキゾーストマニホールド１９を含む排気流路２０が連通される。燃焼室９から排出された排気ガスは、排気ポート１１を介してエキゾーストマニホールド１９で集約され、排気流路２０に導かれる。

吸気流路１８には、エアクリーナ２１、吸気制御バルブ２５、後述する電動過給機２２のコンプレッサインペラ２２ｃ、インタークーラ２３、スロットルバルブ２４、およびインテークマニホールド１７が上流側から順に設けられる。ここで、吸気流路１８のうち、コンプレッサインペラ２２ｃよりも上流側を上流側吸気流路１８ａと呼び、コンプレッサインペラ２２ｃよりも下流側を下流側吸気流路１８ｂと呼ぶ。

電動過給機２２は、モータ２２ａと、シャフト２２ｂと、コンプレッサインペラ２２ｃとを含んで構成される。モータ２２ａは、電力が供給されることで駆動する。シャフト２２ｂは、モータ２２ａと接続され、モータ２２ａの駆動によって回転する。コンプレッサインペラ２２ｃは、シャフト２２ｂと接続され、シャフト２２ｂと一体回転する。

また、コンプレッサインペラ２２ｃは、モータ２２ａの駆動によって回転することで、エアクリーナ２１で塵や埃などの不純物が除去された空気（吸気）を圧縮して下流側吸気流路１８ｂに供給する。

インタークーラ２３は、コンプレッサインペラ２２ｃで圧縮されて昇温された吸気を冷却する。冷却された空気は、スロットルバルブ２４、インテークマニホールド１７および吸気ポート１０を介して燃焼室９に導かれる。

スロットルバルブ２４は、不図示のアクチュエータによって開度が調整されることで、燃焼室９に供給される吸気の流量を可変する。

吸気制御バルブ２５は、エンジン１の駆動中は開放状態になっており、エアクリーナ２１を介して外部から吸い込まれる空気の流量を調節することなく下流側に通過させる。また、吸気制御バルブ２５は、詳しくは後述するエンジン暖気中に開度が調整されることで、外部から吸い込まれる空気（吸気）の流量を調整する。

また、吸気流路１８には、コンプレッサインペラ２２ｃを迂回するエアバイパス流路２６が設けられる。エアバイパス流路２６は、上流側吸気流路１８ａにおける吸気制御バルブ２５とコンプレッサインペラ２２ｃとの間に接続される。また、エアバイパス流路２６は、下流側吸気流路１８ｂにおけるインタークーラ２３とスロットルバルブ２４との間に接続される。エアバイパス流路２６には、エアバイパスバルブ２７が介装される。エアバイパスバルブ２７は、運転者がアクセルを放してスロットルバルブ２４が閉鎖されるときに開放され、下流側吸気流路１８ｂの圧力が過剰となることを防止する。

また、下流側吸気流路１８ｂには、インタークーラ２３を迂回する第１バイパス流路２８が設けられる。第１バイパス流路２８の上流側と下流側吸気流路１８ｂとを接続する箇所には、第１流路切り替えバルブ２９が設けられる。第１流路切り替えバルブ２９は、インタークーラ２３または第１バイパス流路２８のどちらかに吸気を流通させるように、流路を切り替える。

エンジン１では、燃焼室９に導かれた吸気と、不図示のインジェクタから噴射された燃料との混合気が、シリンダヘッド５に設けられた不図示の点火プラグによって所定のタイミングで点火されて燃焼される。かかる燃焼により、ピストン８がシリンダボア３ａ内で往復運動を行い、その往復運動が、コネクティングロッド７を通じてクランクシャフト２の回転運動に変換される。

また、燃焼により発生した排気ガスは、排気ポート１１、排気流路２０を介して車外へ排出される。排気流路２０には、上流側の触媒（触媒）３０と下流側の触媒３１とが設けられる。上流側の触媒３０および下流側の触媒３１は、排気流路２０を流通する排気ガスを浄化する。なお、上流側の触媒３０および下流側の触媒３１は、触媒機能付きのフィルタ装置であってもよい。

また、排気流路２０には、排気制御バルブ３２が設けられる。排気制御バルブ３２は、排気流路２０におけるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）流路３３が接続される箇所よりも下流側で、かつ、下流側の触媒３１よりも上流側に設けられる。排気制御バルブ３２は、エンジン１の駆動中は開放状態になっており、排気流路２０における排気制御バルブ３２よりも上流側から流通する空気の流量を調節することなく排気制御バルブ３２よりも下流側に通過させる。また、排気制御バルブ３２は、詳しくは後述するエンジン暖気中に開度が調整されることで、排気流路２０を介して外部へと排出される空気の流量を調整する。

また、排気流路２０には、吸気流路１８に排気ガスの一部を還流させるＥＧＲ流路３３が接続される。ＥＧＲ流路３３は、排気流路２０における上流側の触媒３０と排気制御バルブ３２の間と、上流側吸気流路１８ａにおける吸気制御バルブ２５およびコンプレッサインペラ２２ｃの間とに接続される。なお、以下では、ＥＧＲ流路３３で還流させた排気ガス（空気）を「ＥＧＲガス」と称する。

ＥＧＲ流路３３には、ＥＧＲクーラ３４およびＥＧＲバルブ３５が上流側から順に設けられる。ＥＧＲクーラ３４は、ＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲバルブ３５は、開度が調整されることで、ＥＧＲ流路３３を流通するＥＧＲガスの流量を調整する。なお、ＥＧＲバルブ３５の詳細な制御については、後述する。

また、ＥＧＲ流路３３には、ＥＧＲクーラ３４を迂回する第２バイパス流路３６が設けられる。第２バイパス流路３６の上流側と、ＥＧＲ流路３３とを接続する箇所には、第２流路切り替えバルブ３７が設けられる。第２流路切り替えバルブ３７は、ＥＧＲクーラ３４または第２バイパス流路３６のどちらかにＥＧＲガス（空気）を流通させるように、流路を切り替える。

また、エンジン暖機システム１００には、制御装置１１０が設けられる。制御装置１１０には、第１圧力センサ（圧力センサ）５０、第２圧力センサ５２、第１温度センサ５４、第２温度センサ５６、第３温度センサ５８およびエンジン起動スイッチセンサ６０が接続される。

第１圧力センサ５０は、下流側吸気流路１８ｂにおけるインタークーラ２３とスロットルバルブ２４との間に設けられ、下流側吸気流路１８ｂ内の圧力を測定する。また、第１圧力センサ５０は、下流側吸気流路１８ｂ内の圧力（圧力Ｐ１）に応じた検出信号を制御装置１１０に送信する。

第２圧力センサ５２は、上流側吸気流路１８ａにおけるＥＧＲ流路３３の接続箇所よりも下流側に設けられ、上流側吸気流路１８ａ内の圧力を測定する。また、第２圧力センサ５２は、上流側吸気流路１８ａ内の圧力（圧力Ｐ２）に応じた検出信号を制御装置１１０に送信する。

第１温度センサ５４は、シリンダブロック３内に設けられ、エンジン１内を流通する冷却水の温度を測定する。また、第１温度センサ５４は、エンジン１内の温度（温度Ｔ１）に応じた検出信号を制御装置１１０に送信する。

第２温度センサ５６は、上流側吸気流路１８ａにおける吸気制御バルブ２５よりも上流側に設けられ、吸気される空気（吸気）の温度を測定する。また、第２温度センサ５６は、吸気（外気）の温度（温度Ｔ２）に応じた検出信号を制御装置１１０に送信する。

第３温度センサ５８は、インテークマニホールド１７内に設けられ、インテークマニホールド１７内を流通する空気の温度を測定する。また、第３温度センサ５８は、インテークマニホールド１７内の温度（温度Ｔ３）に応じた検出信号を制御装置１１０に送信する。

エンジン起動スイッチセンサ６０は、不図示のエンジン起動スイッチがオンされると、エンジン起動スイッチがオンされたことを示すエンジン起動スイッチオン信号を制御装置１１０に送信する。また、エンジン起動スイッチセンサ６０は、エンジン起動スイッチがオフされると、エンジン起動スイッチがオフされたことを示すエンジン起動スイッチオフ信号を制御装置１１０に送信する。

制御装置１１０は、例えば、ＥＣＵ（Engine Control Unit）であり、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、エンジン１全体を制御する。また、制御装置１１０は、エンジン１を含む車両全体の動作を制御するほか、駆動制御部１１２、吸排気バルブ制御部１１４、スロットルバルブ制御部１１６、吸気制御バルブ制御部（バルブ制御部）１１８、排気制御バルブ制御部（バルブ制御部）１２０、ＥＧＲバルブ制御部（バルブ制御部）１２２、第１流路切り替えバルブ制御部１２４、第２流路切り替えバルブ制御部１２６および電動過給機制御部１２８としても機能する。以下では、エンジン暖機システム１００の具体的な動作について説明する。

図２および図３は、暖機中の空気の流れを示す説明図である。図２は、新気を吸気する際の、暖気中の空気の流れを示す。図３は、空気が循環する際の、暖気中の空気の流れを示す。また、図２および図３中、黒塗り矢印は、空気の流れを示す。

ここで、エンジン起動スイッチがオンされる（エンジン起動スイッチオン信号を受信する）と、駆動制御部１１２は、エンジン１を始動させることになるが、エンジン１が低温である場合、エンジンオイルの粘性が高く、エンジン１の始動性が低下してしまう。そこで、エンジン暖機システム１００では、エンジン起動スイッチがオンされた際に、エンジン暖機実行条件が成立している場合、エンジン暖機を実行する。なお、エンジン暖機実行条件は、エンジン１内の温度（温度Ｔ１）が予め設定された低温とされる所定の温度よりも低いことである。なお、エンジン暖機システム１００による暖機は、エンジン１の燃焼室９を暖機することで、外気温が低いときでも始動時の燃焼を安定させることを第１の目的として行われる。

駆動制御部１１２は、エンジン起動スイッチセンサ６０より送られてきたエンジン起動スイッチオフ信号を受信すると、エンジン１を停止させる。このとき、エンジン暖機を実行する前段階として、吸排気バルブ制御部１１４は、エンジン１の始動時にエンジン暖機を実行するか否かに拘わらず、吸気バルブ１２および排気バルブ１３を共に開放状態（オーバーラップ状態）になるようにエンジン１を停止制御する。これにより、エンジン１では、吸気ポート１０と燃焼室９とが連通された状態が維持される。また、エンジン１では、排気ポート１１と燃焼室９とが連通された状態が維持される。

その後、エンジン起動スイッチがオンされた（エンジン起動スイッチオン信号を受信した）際に、駆動制御部１１２は、エンジン暖機実行条件が成立しているかを判定する。そして、エンジン暖機実行条件が成立したと判定した場合、駆動制御部１１２は、エンジン１を始動させずに、制御装置１１０の各部にエンジン暖機を実行させる。

エンジン暖機が開始されると、スロットルバルブ制御部１１６は、スロットルバルブ２４を開放させる。また、吸気制御バルブ制御部１１８は、吸気制御バルブ２５を開放させ、排気制御バルブ制御部１２０は、排気制御バルブ３２を閉鎖させ、ＥＧＲバルブ制御部１２２は、ＥＧＲバルブ３５を閉鎖させる。

また、第１流路切り替えバルブ制御部１２４は、空気が第１バイパス流路２８を流通するように、第１流路切り替えバルブ２９を制御する。さらに、第２流路切り替えバルブ制御部１２６は、空気が第２バイパス流路３６を流通するように、第２流路切り替えバルブ３７を制御する。

そして、電動過給機制御部１２８は、予め設定された一定の電力で電動過給機２２を駆動させる。このとき、図２に示すように、吸気制御バルブ２５が開放されていることにより、電動過給機２２を駆動させた際、コンプレッサインペラ２２ｃは、外部から空気（新気）を吸気する。

ここで、吸気制御バルブ２５が開放されており、かつ、排気制御バルブ３２およびＥＧＲバルブ３５が閉鎖されているので、電動過給機２２が駆動されて外部から空気が吸入されることで、吸気流路１８、エンジン１、排気流路２０およびＥＧＲ流路３３内の空気量が増加される。これにより、吸気流路１８、エンジン１、排気流路２０およびＥＧＲ流路３３内の圧力も上昇することになり、その結果、吸気流路１８、エンジン１、排気流路２０およびＥＧＲ流路３３内の温度も上昇することで、早期にエンジン１を暖気することが可能となる。

その後、吸気制御バルブ制御部１１８は、エンジン暖機循環条件が成立したと判定した場合、吸気制御バルブ２５を閉鎖させる。また、ＥＧＲバルブ制御部１２２は、電動過給機２２が予め決められた領域で駆動するように、ＥＧＲバルブ３５を制御する。なお、エンジン暖機循環条件は、下流側吸気流路１８ｂ内の圧力（圧力Ｐ１）が予め設定された大気圧よりも高い所定の圧力まで達したことである。また、吸気制御バルブ２５およびＥＧＲバルブ３５の詳細な制御は後述する。

これにより、図３の黒塗り矢印で示すように、電動過給機２２（コンプレッサインペラ２２ｃ）により圧縮された空気は、下流側吸気流路１８ｂを流通する際に、インタークーラ２３を迂回して第１バイパス流路２８を流通する。その後、下流側吸気流路１８ｂを流通した空気は、エンジン１の燃焼室９内を流通した後、排気流路２０を流通する。そして、排気流路２０を流通した空気は、排気制御バルブ３２が閉鎖されていることにより、ＥＧＲ流路３３に導かれる。ＥＧＲ流路３３に導かれた空気は、ＥＧＲ流路３３を流通する際、ＥＧＲクーラ３４を迂回して上流側吸気流路１８ａに導かれる。

このように、エンジン暖機システム１００では、吸気流路１８、エンジン１、排気流路２０およびＥＧＲ流路３３を、空気が循環する循環流路が形成される。そして、電動過給機２２によって圧縮された空気の熱によりエンジン１および上流側の触媒３０を暖機する。このとき、吸気制御バルブ２５および排気制御バルブ３２が閉鎖されており、循環流路は密閉されているため、一度暖めた空気が外気により冷却されることなく再び暖機に用いることができる。これにより、エンジン暖機システム１００では、より早期にエンジン１を暖機することが可能となる。

そして、電動過給機制御部１２８は、インテークマニホールド１７内の温度（温度Ｔ３）が、外気の温度（温度Ｔ２）を基準とした閾値Ｔ以上になるまでエンジン１を暖機する。なお、閾値Ｔは、外気の温度（温度Ｔ２）よりも高い値であり、かつ、外気の温度（温度Ｔ２）によって異なる値となっており、外気の温度（温度Ｔ２）が低い場合の閾値Ｔは、外気の温度（温度Ｔ２）が高い場合のそれよりも相対的に低くなる。

このとき、循環流路内の空気の温度が電動過給機２２によって圧縮され続けるために徐々に上昇し、それに伴って、循環流路内の圧力も徐々に上昇されていく。循環流路の中には、例えば、吸気流路１８など、高圧（例えば、１．５気圧以上）に耐えられない部品が多数設けられる。循環流路内の圧力が高圧になると、吸気流路１８などの部品が、高圧によって破壊されるおそれがある。そこで、エンジン暖機システム１００では、エンジン暖機高圧条件が成立している場合、循環流路内の空気の排出を実行する。なお、エンジン暖機高圧条件は、下流側吸気流路１８ｂ内の圧力（圧力Ｐ１）が予め設定された高圧とされる所定の圧力よりも高いことである。

排気制御バルブ制御部１２０は、エンジン暖機高圧条件が成立したと判定した場合、排気制御バルブ３２を一時的に開放する。これにより、循環流路内の圧力が低下するため、エンジン暖機システム１００に設けられる吸気流路１８などの高圧（例えば、１．５気圧）に耐えられない部品が、高圧によって破壊されることを防ぐことができる。なお、排気制御バルブ３２の詳細な制御は後述する。

そして、駆動制御部１１２は、インテークマニホールド１７内の温度（温度Ｔ３）と閾値Ｔとに基づいて、エンジン暖機の終了を判定し、エンジン１を駆動（始動）させる。このとき、燃焼室９の熱容量を勘案し、インテークマニホールド１７内の温度（温度Ｔ３）が閾値Ｔに達してから予め設定された駆動開始時間とされる所定の時間が経過した後、エンジン１を駆動（始動）させる。

ところで、電動過給機２２は、コンプレッサインペラ２２ｃを回転させる際、無駄なエネルギー（発熱）が生じる。したがって、通常のエンジン駆動時においては、電動過給機２２は、吸気を圧縮する際、発熱を最小限に抑えるように（効率が良くなるように）制御される（断熱圧縮を行う）。

一方、電動過給機２２を用いて暖機を行う場合、電動過給機２２を通常のエンジン駆動時と同様に駆動すると、電動過給機２２の発熱が最小限となり、暖機効率が低下する。そこで、本実施形態におけるエンジン暖機システム１００では、電動過給機２２は、通常とは異なる駆動で制御され、エンジン１を暖機する。

図４は、電動過給機２２が駆動する際の効率のマップを示す図である。図４中では、縦軸に圧力比を示し、横軸に流量を示す。圧力比とは、電動過給機２２に流通される空気の圧力と、電動過給機２２によって圧縮された空気の圧力との比である。流量とは、電動過給機２２によって圧縮された空気の質量流量である。図４を用いて、ＥＧＲバルブ３５の制御を説明する。また、図４中、破線は、電動過給機２２の効率（動力効率）を示している。なお、それぞれの動力効率線ａ〜ｄは、等しい動力効率を示す。また、図４中、一点鎖線は、電動過給機２２に入力される電力を示している。なお、それぞれの一点鎖線で示される電力線は、等しい電力を示す。

図４に示すように、電動過給機２２の動力効率は、図中中央に向かうに連れて効率が高くなる。例えば、動力効率線ａで囲まれる内側の領域では、電動過給機２２は、８５％以上の効率で駆動する。また、電動過給機２２は、動力効率線ｂで囲まれる内側の領域では８０％〜８５％の効率で、動力効率線ｃで囲まれる内側の領域では７５％〜８０％の効率で、動力効率線ｄで囲まれる内側の領域では７０％〜７５％の効率で駆動する。

動力効率線ａで囲まれる内側の領域Ａは、電動過給機２２が通常で駆動される場合の動力効率を示す。上述したように、動力効率線ａで囲まれる内側の領域では、電動過給機２２は、８５％以上の効率で駆動する。このとき、電動過給機２２が駆動することによって生じる発熱は１０％程度となる。よって、電動過給機２２は、領域Ａ内で駆動することにより、効率よく空気を圧縮することができる。

一方で、動力効率線ｂ、動力効率線ｃ、動力効率線ｄの順に、動力効率線ａから遠くなるにつれて、電動過給機２２が駆動することにより生じる発熱量は多くなる。発熱量の上昇に伴って、電動過給機２２の動力効率は悪化するものの、発熱によるエネルギーが吸気流路１８を流通する空気に伝達され、空気の温度は上昇する。

ここで、図４中、低で示す実線で囲まれた領域は、高で示す実線で囲まれた領域（電動過給機２２が通常で駆動される場合）に対して、効率の悪い（低効率の）領域である。なお、図４中、左側の領域を領域Ｂとし、右側の領域を領域Ｃとする。ただし、領域Ｂおよび領域Ｃでは、電動過給機２２の効率はほぼ等しい。

領域Ｂおよび領域Ｃでは、電動過給機２２から生じる発熱量はほぼ同じである。しかし、電動過給機２２に供給される電力が同一である場合、領域Ｂでは、領域Ａに比べ、より空気は圧縮され、流量は減少する。一方で、領域Ｃでは、領域Ａに比べ、空気が圧縮されず、流量は増加する。したがって、領域Ｂで電動過給機２２を駆動させる方が、領域Ｃで電動過給機２２を駆動させる場合よりも、圧縮による温度上昇分だけ、空気を高温にすることができる。

そこで、本実施形態のエンジン暖機システム１００では、電動過給機２２が、領域Ｂで駆動するように、ＥＧＲバルブ３５の開度を調整し、エンジン１を暖機する。

具体的には、エンジン暖機実行条件が成立すると、まず、吸気制御バルブ２５を開放させ、排気制御バルブ３２とＥＧＲバルブ３５とを閉鎖させて電動過給機２２を駆動させることで、図４中黒塗り矢印（１）で示すように、電動過給機２２を流通する質量流量（空気量）が増加する。このとき、循環流路内は密閉されているので、このまま電動過給機２２を駆動させ続けると、図４中黒塗り矢印（２）で示すように、新気を取り込み続けることで、循環流路内の空気が圧縮され、電動過給機２２の圧縮比が上昇するとともに、質量流量（空気量）が低下していく。

そして、電動過給機２２の駆動効率が領域Ｂの領域に（下流側吸気流路１８ｂ内の圧力（圧力Ｐ１）が予め設定された所定の値まで）達したら、つまり、エンジン暖機循環条件が成立したら、吸気制御バルブ制御部１１８は、吸気制御バルブ２５を閉鎖し、外部からの空気（新気）の吸入を停止する。そして、ＥＧＲバルブ制御部１２２は、第１圧力センサ５０および第２圧力センサ５２によって測定される圧力Ｐ１および圧力Ｐ２に基づいて、圧力比を導出する。そして、ＥＧＲバルブ制御部１２２は、図４のマップを用いて、領域Ｂ内で電動過給機２２が駆動するように、ＥＧＲバルブ３５の開度を制御する。ここでは、例えば、圧力比が低下してくると、圧力比が高くなるようにＥＧＲバルブ３５の開度を小さくし、圧力比が高くなってくると、圧力比が低くなるようにＥＧＲバルブ３５の開度を大きくすることで、電動過給機２２を領域Ｂで駆動させる。つまり、エンジン暖機システム１００では、ＥＧＲバルブ３５の開度を制御することで、電動過給機２２の圧縮比を調整するようにしている。

これにより、エンジン暖機システム１００は、エンジン１内に外気（冷たい空気）を進入させずに、空気の温度が最も高くなる領域Ｂで電動過給機２２を駆動させることができ、エンジン１を早期に暖機することができる。

また、上述したように、循環流路が密閉された状態で（外部と空気の出入りが無い状態で）電動過給機２２を駆動し続けると、循環流路内の圧力が上昇する。そこで、排気制御バルブ制御部１２０は、第１圧力センサ５０によって測定される圧力Ｐ１が、予め設定された高圧とされる所定の圧力よりも高い場合、つまり、エンジン暖機高圧条件が成立した場合、排気制御バルブ制御部１２０は、排気制御バルブ３２を開放する。そして、排気制御バルブ制御部１２０は、第１圧力センサ５０によって測定される圧力Ｐ１が予め設定された高圧とされる所定の圧力よりも低くなった後、排気制御バルブ３２を再び閉鎖する。

これにより、エンジン暖機システム１００は、高圧により、循環流路を形成する吸気流路１８、エンジン１、排気流路２０およびＥＧＲ流路３３が破壊されることを防ぐことができる。

（エンジン暖機処理）
次に、エンジン暖機システム１００による、エンジン暖機処理の流れについて説明を行う。図５は、エンジンの停止時におけるエンジン暖機処理を説明するフローチャートである。

まず、駆動制御部１１２は、エンジン起動スイッチセンサ６０から送信される信号に基づいて、エンジン起動スイッチがオフされたか否かを判定する（Ｓ１０）。そして、エンジン起動スイッチがオフされたと判定されれば（ステップＳ１０におけるＹＥＳ）、吸排気バルブ制御部１１４は、吸気バルブ１２および排気バルブ１３を開放状態（オーバーラップ状態）に制御する（Ｓ１２）。その後、駆動制御部１１２は、エンジン１を停止させ（Ｓ１４）、当該エンジンの停止時におけるエンジン暖機処理を終了する。

一方で、駆動制御部１１２は、エンジン起動スイッチがオフされていないと判定した場合（ステップＳ１０におけるＮＯ）は、エンジン起動スイッチがオフされたと判定されるまで、ステップＳ１０の処理を繰り返す。

図６は、エンジンの始動時におけるエンジン暖機処理を説明するフローチャートである。このエンジンの始動時におけるエンジン暖気処理は、エンジン起動スイッチがオンされた場合に実行される処理である。

エンジン起動スイッチがオンされた場合、駆動制御部１１２は、エンジン暖機実行条件が成立しているか否か、具体的には、温度Ｔ１が所定の温度よりも低いか否かを判定する（Ｓ２０）。なお、エンジン暖機実行条件が成立しているか否かの判断に、温度Ｔ２を加えてもよい。この場合、温度Ｔ１および温度Ｔ２がそれぞれに対して設定された温度（閾値）以下であるときにエンジン暖機実行条件が成立していると判定する。

そして、エンジン暖機実行条件が成立していると判定されれば（ステップＳ２０におけるＹＥＳ）、スロットルバルブ制御部１１６は、スロットルバルブ２４を開放し、吸気制御バルブ制御部１１８は、吸気制御バルブ２５を開放し、排気制御バルブ制御部１２０は、排気制御バルブ３２を閉鎖し、ＥＧＲバルブ制御部１２２は、ＥＧＲバルブ３５を閉鎖する（Ｓ２２）。また、第１流路切り替えバルブ制御部１２４は、空気が第１バイパス流路２８を流通するように、第１流路切り替えバルブ２９を制御する。また、第２流路切り替えバルブ制御部１２６は、空気が第２バイパス流路３６を流通するように、第２流路切り替えバルブ３７を制御する。

そして、電動過給機制御部１２８は、電動過給機２２を所定の電力で駆動させる（Ｓ２４）。吸気制御バルブ制御部１１８は、エンジン暖機循環条件が成立したか否かを判定する（Ｓ２６）。

そして、エンジン暖機循環条件が成立したと判定されれば（ステップＳ２６におけるＹＥＳ）、吸気制御バルブ制御部１１８は、吸気制御バルブ２５を閉鎖する。また、ＥＧＲバルブ制御部１２２は、電動過給機２２が予め決められた領域Ｂで駆動するように、ＥＧＲバルブ３５を制御する（Ｓ２８）。

一方で、エンジン暖機循環条件が成立したと判定されなければ、つまり、エンジン暖機循環条件が成立していないと判定されれば、（ステップＳ２６におけるＮＯ）、充分な空気量が吸気されていない（あるいは、充分な圧力まで上昇していない）ということになる。そのため、ステップＳ２６の処理を繰り返す。

その後、排気制御バルブ制御部１２０は、エンジン暖機高圧条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ３０）。具体的には、排気制御バルブ制御部１２０は、第１圧力センサ５０によって測定される下流側吸気流路１８ｂ内の圧力Ｐ１が、予め設定された高圧とされる圧力以上であるか否かを判定する。そして、排気制御バルブ制御部１２０は、エンジン暖機高圧条件が成立したと判定すれば（ステップＳ３０におけるＹＥＳ）、排気制御バルブ３２を開放する（Ｓ３２）。そして、排気制御バルブ制御部１２０は、エンジン暖機高圧条件が解除されたか否かを判定する（Ｓ３４）。

そして、エンジン暖機高圧条件が解除されたと判定されれば（ステップＳ３４におけるＹＥＳ）、排気制御バルブ制御部１２０は、排気制御バルブ３２を閉鎖し（Ｓ３６）、ステップＳ２８へと処理を戻す。一方で、エンジン暖機高圧条件が解除されていないと判定されれば（ステップＳ３４におけるＮＯ）、エンジン暖機高圧条件が解除されたと判定されるまで排気制御バルブ３２の開放状態を維持する。

一方で、エンジン暖機高圧条件が成立したと判定されない場合、つまり、下流側吸気流路１８ｂ内の圧力Ｐ１が予め設定された高圧未満である場合（ステップＳ３０におけるＮＯ）、電動過給機制御部１２８は、温度Ｔ３に基づいてエンジン暖機終了条件が成立したか否かを判定する（Ｓ３８）。

そして、駆動制御部１１２は、エンジン暖機終了条件が成立したと判定されれば（ステップＳ３８におけるＹＥＳ）、エンジン暖機を終了する。そして、吸気制御バルブ制御部１１８は、吸気制御バルブ２５を開放し、排気制御バルブ制御部１２０は、排気制御バルブ３２を開放し、ＥＧＲバルブ制御部１２２は、ＥＧＲバルブ３５を閉鎖する。また、第１流路切り替えバルブ制御部１２４は、空気がインタークーラ２３を流通するように、第１流路切り替えバルブ２９を制御し、第２流路切り替えバルブ制御部１２６は、空気がＥＧＲクーラ３４を流通するように、第２流路切り替えバルブ３７を制御する（Ｓ４０）。

そして、駆動制御部１１２は、エンジン１を駆動（始動）させ（Ｓ４２）、当該エンジンの始動時におけるエンジン暖機処理を終了する。

また、エンジン暖機終了条件が成立していないと判定された場合（ステップＳ３８におけるＮＯ）、電動過給機制御部１２８は、ステップＳ２８に処理を戻す。なお、エンジン始動前におけるエンジン暖機システム１００による暖気時にあっては、エンジン１内の温度（冷却水温度）を示す温度Ｔ１に基づいて燃焼室９の温度を精度良く把握するのは困難である。そこで、本実施形態にあっては、エンジン暖機の終了の判定に、インテークマニホールド１７内の温度Ｔ３、換言すれば、燃焼室９に供給される空気の温度を用いるようにした。また、燃焼室９の熱容量を勘案し、温度Ｔ３が閾値Ｔに達してからの経過時間を確認するようにした。なお、温度Ｔ３と流量履歴（エンジン暖機が開始してからの空気流量の積算値）に基づいてエンジン暖機の終了を判定するようにしてもよい。

また、駆動制御部１１２は、エンジン暖機実行条件が成立していないと判定されれば（ステップＳ２０におけるＮＯ）、エンジン暖機を行わずに、エンジン１を始動させ（Ｓ４２）、当該エンジン暖機処理を終了する。エンジン暖機実行条件が成立していないということは、エンジン１は冷態状態ではないということである。したがって、エンジン１内を暖める必要がないため、駆動制御部１１２は、エンジン暖機を行わずに、当該エンジンの始動時におけるエンジン暖機処理を終了する。

かかる構成により、エンジン暖機システム１００は、エンジン１が冷態状態で駆動する際、まずは電動過給機２２を駆動させ、電動過給機２２の断熱効率が通常制御（図４で示す領域Ａ）時とは異なる領域（図４で示す領域Ｂ）になるようにＥＧＲバルブ３５の開度を制御する。これにより、電動過給機２２によって圧縮（過給）され暖められた空気をエンジン１内に循環させることが可能となる。これにより、ＥＧＲバルブ３５の開度の制御により、エンジン１を効率よく早期に暖機することができる。

図７は、本実施形態における変形例を示す図である。なお、上述したエンジン暖機システム１００と実質的に等しい構成については、説明を省略する。図７に示すように、エンジン１には、エンジン暖機システム２００が設けられる。具体的には、エンジン暖機システム２００は、加熱ヒータ２０２および制御装置２１０を新たに含んで構成される。

加熱ヒータ２０２は、排気流路２０における上流側の触媒３０よりも上流側に設けられる。加熱ヒータ２０２は、排気流路２０を流通する空気（排気ガス）を暖める。

制御装置２１０は、上述した制御装置１１０の機能に加え、新たに加熱ヒータ制御部２１２としても機能する。

加熱ヒータ制御部２１２は、加熱ヒータ２０２を加熱させる。加熱ヒータ制御部２１２は、エンジン暖機実行条件が成立したと判定された後、加熱ヒータ２０２を加熱させる。電動過給機２２によって圧縮され、暖められた空気は、エンジン１内を通過することにより温度が低下する。よって、排気流路２０を流通する空気は下流側吸気流路１８ｂを通過する空気に比べて、温度が低い。そのため、排気流路２０に加熱ヒータ２０２を設け、流通する空気を暖めることで、還流する空気の温度を上昇させる。還流する空気の温度を上昇させることで、空気が再び電動過給機２２によって圧縮される際、より高い温度に圧縮される。このように、還流される空気を暖め循環させることで、より効果的（より積極的）、かつ、早期にエンジン１を暖機することができる。

また、加熱ヒータ２０２を排気流路２０における上流側の触媒３０よりも上流側に設けることで、上流側の触媒３０を暖めることができる。上流側の触媒３０を暖めることで、上流側の触媒３０を早期に活性化することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、エンジン１が冷態状態の場合にエンジン暖機処理を実行する場合について説明したが、エンジン１が冷態状態でない場合においてもエンジン暖機処理を実行してもよい。

また、上記実施形態では、下流側吸気流路１８ｂにインタークーラ２３を迂回する第１バイパス流路２８が設けられる場合について説明した。しかし、第１バイパス流路２８は必須の構成ではない。

また、上記実施形態では、ＥＧＲ流路３３にＥＧＲクーラ３４を迂回する第２バイパス流路３６が設けられる場合について説明した。しかし、第２バイパス流路３６は必須の構成ではない。

また、上記実施形態では、エンジン暖機システム１００、２００には、第１バイパス流路２８および第２バイパス流路３６が設けられる場合について説明した。しかし、第１バイパス流路２８および第２バイパス流路３６を両方備えずともよい。少なくとも、第１バイパス流路２８および第２バイパス流路３６のいずれか一方が設けられていればよい。

また、上記実施形態では、エンジン暖機システム１００、２００には、第１圧力センサ５０および第２圧力センサ５２が設けられ、圧力比に基づいてＥＧＲバルブ３５の開度を制御する場合について説明した。しかし、第１圧力センサ５０および第２圧力センサ５２の代わりに、専用の圧力センサを用いて圧力を導出しＥＧＲバルブ３５の開度を制御してもよい。あるいは、圧力センサの代わりに、流量センサを用いて流量を導出しＥＧＲバルブ３５の開度を制御してもよい。

また、上記実施形態では、吸気制御バルブ制御部１１８は、エンジン暖機中、吸気制御バルブ２５を一度閉鎖したら、エンジン暖機処理が終了するまで閉鎖する場合について説明した。しかし、エンジン暖機処理中、吸気制御バルブ制御部１１８は、吸気制御バルブ２５を閉鎖した後、再び開放させてもよい。この処理を行う場合は、例えば、急激に外気の状態が変化し、エンジン１内がその影響を受けて冷却されてしまった場合などがある。そのような場合、吸気制御バルブ制御部１１８は、吸気制御バルブ２５を再び開放させ、エンジン暖機処理を再びステップＳ２２（図６参照）から行ってもよい。

また、上記実施形態では、吸気バルブ１２および排気バルブ１３をオーバーラップ状態に制御する際、吸気バルブ１２および排気バルブ１３がオーバーラップするクランク角でエンジン１を停止させる場合について説明した。しかし、例えば、ＶＶＴ（Variable Valve Timing system：可変バルブタイミング機構）を用いて、エンジン１が停止する際または停止した後に、吸気バルブ１２および排気バルブ１３を動かしてオーバーラップ状態にしてもよい。その場合、エンジン暖機終了条件が成立し（ステップＳ３８）、各バルブの制御を行う際（ステップＳ４０）、吸排気バルブ制御部１１４は、吸気バルブ１２および排気バルブ１３をエンジン起動スイッチがオフされた時のクランク角に応じたバルブ開度に戻す制御を行う。

また、上記実施形態では、エンジン暖機実行中、エンジン暖機高圧条件が成立する（ステップＳ３０）と、エンジン暖機高圧条件が解除されるまで排気制御バルブ３２を開放するようにした。しかし、エンジン暖機高圧条件が成立した後、エンジン暖機高圧条件が解除されるまでの間にも、エンジン暖機終了条件の判定を行ってもよい。この場合、エンジン暖機終了条件が成立したと判定された際には、エンジン暖機を終了する。

本発明は、エンジン暖機システムに利用できる。

１ エンジン
１０ 吸気ポート
１１ 排気ポート
１２ 吸気バルブ
１３ 排気バルブ
１８ 吸気流路
２０ 排気流路
２２ 電動過給機
２２ａ モータ
２５ 吸気制御バルブ
３０ 上流側の触媒（触媒）
３２ 排気制御バルブ
３３ ＥＧＲ流路
３５ ＥＧＲバルブ
５０ 第１圧力センサ（圧力センサ）
１００ エンジン暖機システム
１１４ 吸排気バルブ制御部
１１８ 吸気制御バルブ制御部（バルブ制御部）
１２０ 排気制御バルブ制御部（バルブ制御部）
１２２ ＥＧＲバルブ制御部（バルブ制御部）
１２８ 電動過給機制御部

Claims (6)

1. エンジンに接続され、吸気が流通する吸気流路と、
   前記吸気流路の途中に設けられ、モータの駆動によって吸気を圧縮する電動過給機と、
   前記エンジンに接続され、排気ガスが排出される排気流路と、
   前記排気流路に排出された排気ガスを、前記吸気流路における前記電動過給機よりも上流側に還流させるＥＧＲ流路と、
   前記排気流路における前記ＥＧＲ流路との分岐位置よりも下流側に設けられ、前記排気流路を開閉する排気制御バルブと、
   前記ＥＧＲ流路に設けられ、前記ＥＧＲ流路を開閉するＥＧＲバルブと、
   前記エンジンの吸気ポートと前記エンジンの燃焼室とを開閉する吸気バルブと、
   前記エンジンの排気ポートと前記エンジンの燃焼室とを開閉する排気バルブと、
   前記エンジンが停止する際または停止した後に、前記吸気バルブおよび前記排気バルブを開放制御する吸排気バルブ制御部と、
   前記エンジンの停止時において所定のエンジン暖機実行条件が成立すると、前記電動過給機を駆動させる電動過給機制御部と、
   前記排気制御バルブと前記ＥＧＲバルブとを制御するバルブ制御部と、
   を備え、
   前記バルブ制御部は、
   前記エンジン暖機実行条件が成立すると、前記排気制御バルブおよび前記ＥＧＲバルブを閉鎖し、所定のエンジン暖機循環条件が成立すると、前記電動過給機を所定の駆動領域で駆動させるように、前記ＥＧＲバルブを制御するエンジン暖機システム。
2. 前記吸気流路における前記ＥＧＲ流路との合流位置よりも上流側に設けられ、前記吸気流路を開閉する吸気制御バルブと、
   前記吸気流路における前記電動過給機よりも下流側の圧力を測定する圧力センサと、
   を備え、
   前記バルブ制御部は、
   前記圧力センサによって測定された圧力に基づいた前記エンジン暖機循環条件が成立すると、前記吸気制御バルブを閉鎖する制御を行う請求項１に記載のエンジン暖機システム。
3. 前記バルブ制御部は、
   前記エンジン暖機実行条件が成立後、前記圧力センサによって測定された圧力が所定の圧力以上のときに前記排気制御バルブを開放する制御を行う請求項２に記載のエンジン暖機システム。
4. 前記吸気流路における前記電動過給機よりも下流側の圧力を測定する圧力センサを備え、
   前記バルブ制御部は、
   前記圧力センサによって測定された圧力に基づいて、前記ＥＧＲバルブの開度を調整する請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジン暖機システム。
5. 前記吸気流路における前記電動過給機よりも下流側の圧力を測定する圧力センサを備え、
   前記駆動領域は、前記電動過給機が吸気流量に応じた効率最良点で駆動される場合より、前記電動過給機に流通される空気の圧力と、前記電動過給機によって圧縮された空気の圧力との比である圧力比が高く、また、前記電動過給機を流通する空気の流量が少ない領域である請求項１から４のいずれか１項に記載のエンジン暖機システム。
6. 前記吸気流路における前記電動過給機よりも下流側の圧力を測定する圧力センサを備え、
   前記バルブ制御部は、
   前記圧力センサによって測定された圧力に基づいた所定のエンジン暖機高圧条件が成立すると、前記排気制御バルブを開放する制御を行う請求項１から５のいずれか一項に記載のエンジン暖機システム。

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