特開 2024-171348 エンジン試験用の温調システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024171348

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】エンジン試験用の温調システム

(51)【国際特許分類】

   G01M 15/02 20060101AFI20241205BHJP

【ＦＩ】

G01M15/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023088276

(22)【出願日】2023-05-30

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000001834

【氏名又は名称】三機工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 健嗣

【テーマコード（参考）】

2G087

【Ｆターム（参考）】

2G087AA02

2G087BB27

2G087CC24

2G087EE01

2G087EE19

(57)【要約】

【課題】エンジン冷却水を迅速に加熱昇温する。
【解決手段】エンジン試験用の温調システム１である。温調システム１は、外気により、エンジン排ガス９０をエンジンオイル９１の耐熱温度まで冷却して、冷却済み排ガス９２を生成する排ガス用冷却部２０ｂと、冷却済み排ガス９２によりエンジンオイル９１を加熱して、加熱済みオイル９３を生成するオイル用加熱部２０ａと、加熱済みオイル９３によりエンジン冷却水９４を加熱して、加熱済み冷却水９５を生成する冷却水用加熱部２０ｄと、エンジンオイル９１が予め定められた温度より高い場合に、オイル用加熱部２０ａをバイパスさせて、冷却済み排ガス９２を流すバイパス回路２０ｃ１と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジン試験用の温調システムであって、
外気により、エンジン排ガスをエンジンオイルの耐熱温度まで冷却して、冷却済み排ガスを生成する排ガス用冷却部と、
前記冷却済み排ガスにより前記エンジンオイルを加熱して、加熱済みオイルを生成するオイル用加熱部と、
前記加熱済みオイルによりエンジン冷却水を加熱して、加熱済み冷却水を生成する冷却水用加熱部と、
前記エンジンオイルが予め定められた温度より高い場合に、前記オイル用加熱部をバイパスして、前記冷却済み排ガスを流すバイパス回路と、を備える、
ことを特徴とするエンジン試験用の温調システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジン試験用の温調システムに関し、特に、エンジン冷却水の加熱昇温機能を有する温調システムに関する。

【背景技術】

【0002】

エンジン単体で性能検証を行うための試験装置（エンジンベンチ）が知られている。このような試験装置には、エンジンの発熱により温度上昇したエンジンオイルやエンジン冷却水を冷却する温調装置が設けられている。

【0003】

また、エンジン試験用の装置ではないが、車両に搭載されたエンジンに関し、エンジン冷却水を加熱してエンジン暖機を早める装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６－１７６０４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

エンジン試験において、エンジン冷却水を迅速に加熱昇温できる構成が望まれている。

【0006】

本発明の目的は、エンジン冷却水を迅速に加熱昇温できる、エンジン試験用の温調システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るエンジン試験用の温調システムは、外気により、エンジン排ガスをエンジンオイルの耐熱温度まで冷却して、冷却済み排ガスを生成する排ガス用冷却部と、前記冷却済み排ガスにより前記エンジンオイルを加熱して、加熱済みオイルを生成するオイル用加熱部と、前記加熱済みオイルによりエンジン冷却水を加熱して、加熱済み冷却水を生成する冷却水用加熱部と、前記エンジンオイルが予め定められた温度より高い場合に、前記オイル用加熱部をバイパスして、前記冷却済み排ガスを流すバイパス回路と、を備える、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、エンジン試験において、排ガスの熱を、エンジンオイルを介してエンジン冷却水に伝えて、エンジン冷却水を迅速に加熱昇温することができる。また、エンジンオイルに対する過剰な加熱が抑制されるので、エンジンオイルの劣化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】温調システムの概略構成図である。

【図2】（Ａ）は試験規定の説明図であり、（Ｂ）は電動弁、送風機、および電動ダンパの制御に関する説明図である。

【図3】別の温調システムの概略構成図である。

【図4】（Ａ）はさらに別の温調システムの概略構成図であり、（Ｂ）は温調システムの他構成の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。全ての図面において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0011】

図１は、エンジン試験用の温調システム１の概略構成図である。この温調システム１は、エンジン２単体にて機能、耐久、適合評価等を実施するためのエンジンベンチ（試験装置）のために設けられたシステム（車両開発試験用の温調システム）である。特に、この温調システム１では、エンジン２に供給される、エンジンオイル及びエンジン冷却水（以下、ＬＬＣと言う）の温度が調整される。

【0012】

従来の温調システムは、エンジン２の発熱により温度上昇した、エンジンオイル及びＬＬＣを冷却することを目的とした構成であり、エンジンオイル及びＬＬＣを積極的に加熱昇温する機能を備えていなかった。すなわち、それらに対する加熱昇温は、エンジン２の発熱によるものであった。従来構成では、図１におけるオイル温調装置５０に関し、エンジンオイルが、エンジン２、ポンプ５４、及び熱交換器５２（オイル冷却用）が配置された回路を循環する構成であった。また、ＬＬＣ温調装置６０に関し、ＬＬＣが、エンジン２及び熱交換器６２（ＬＬＣ冷却用）が配置された回路（ＬＬＣ加熱用の熱交換器２３が配置されていない回路）を循環する構成であった。

【0013】

しかし、このような従来構成では、図２（Ａ）に示すように、ＬＬＣを規定時間ｔＲ内に規定温度まで昇温させる試験条件（試験規定）がある場合、その試験条件に係るエンジン試験を実施できないことがあった。例えば、小型・小出力エンジンでは発熱量が少ないため、ＬＬＣの昇温速度が遅く、ＬＬＣを規定時間ｔＲ内に規定温度まで昇温しきれない事象が散見された。そこで、本実施形態の温調システム１（図１）は、ＬＬＣを加熱昇温する機能を備え、上記のような試験条件に対応できる構成としている。

【0014】

温調システム１は、図１に示すように、オイル用加熱部２０ａ、排ガス用冷却部２０ｂ、排ガス切替え回路２０ｃ、及びＬＬＣ用加熱部２０ｄ（冷却水用加熱部２０ｄとも言う）を備える。

【0015】

排ガス用冷却部２０ｂは、外気により、エンジン２から排出されたエンジン排ガス９０をエンジンオイル９１の耐熱温度まで冷却して、冷却済み排ガス９２を生成する。オイル用加熱部２０ａは、冷却済み排ガス９２によりエンジンオイル９１を加熱して、加熱済みオイル９３を生成する。ＬＬＣ用加熱部２０ｄは、加熱済みオイル９３によりＬＬＣ９４を加熱して、加熱済みＬＬＣ９５（加熱済み冷却水９５とも言う）を生成する。

【0016】

このような温調システム１の構成により、ＬＬＣを迅速に加熱昇温すること（加熱済みＬＬＣ９５を得ること）ができる。また、オイル用加熱部２０ａでは、冷却済み排ガス９２（温度調整された排ガス）でエンジンオイル９１を加熱するので、エンジンオイル９１の劣化を抑制することができる。

【0017】

また、排ガス切替え回路２０ｃは、エンジンオイル９１が予め定められた温度より高い場合に、排ガス９２をオイル用加熱部２０ａに流さないようにして、排ガス９２をバイパス回路２０ｃ１に流すように構成される。これにより、エンジンオイル９１に対する過剰な加熱を防ぐことができ、エンジンオイル９１の劣化を効果的に抑制することができる。

【0018】

具体的に、温調システム１について説明する。温調システム１は、エンジンオイル９１の循環路を備える。エンジンオイル９１の循環路には、エンジン２、ポンプ５４、電動弁１２ｂ、オイル用加熱部２０ａ（熱交換器２１）、電動弁１４ｂ、ＬＬＣ用加熱部２０ｄ（熱交換器２３）、および熱交換器５２が配置されている。また、ポンプ５４と熱交換器５２の間には、電動弁１２ａが配置されている。また、熱交換器２３をバイパスさせる配管には、電動弁１４ａが配置されている。

【0019】

温調システム１は、ＬＬＣ９４の循環路を備える。ＬＬＣ９４の循環路には、エンジン２、熱交換器６２、およびＬＬＣ用加熱部２０ｄ（熱交換器２３）が配置されている。

【0020】

オイル用加熱部２０ａは、熱交換器２１を備える。熱交換器２１は、冷却済み排ガス９２とエンジンオイル９１を熱交換させる。オイル用加熱部２０ａ（熱交換器２１）は、排ガス９２からの熱を回収して、熱媒としてのエンジンオイル９１に伝える熱回収回路（排ガス熱の回収器）として機能する。

【0021】

ＬＬＣ用加熱部２０ｄは、熱交換器２３を備える。熱交換器２３は、加熱済みオイル９３とＬＬＣ９４を熱交換させる。ＬＬＣ用加熱部２０ｄ（熱交換器２３）は、排ガス９２から回収された熱を有するエンジンオイル（加熱済みオイル９３）で、ＬＬＣ９４を加熱するＬＬＣ加熱回路（回収熱の放熱器）として機能する。

【0022】

なお、熱交換器６２は、ＬＬＣと冷却水を熱交換させるものであり、ＬＬＣの冷却に用いられる。また、熱交換器５２は、エンジンオイルと冷却水を熱交換させるものであり、エンジンオイルの冷却に用いられる。

【0023】

温調システム１は、温度調節器３１と、エンジンオイルの温度Ｔ１（オイル温度Ｔ１と言う）を検出する温度検出器４１を備える。温度調節器３１は、オイル温度Ｔ１に基づいて電動弁１２ａ，１２ｂを比例制御し、オイル用加熱部２０ａに流れるエンジンオイル９１の量を制御する。

【0024】

図２（Ｂ－ａ）は、オイル温度Ｔ１に応じた電動弁１２ａ，１２ｂの開閉制御を概略的に示す図である。同図に示すように、温度調節器３１は、オイル温度Ｔ１が低い場合には、電動弁１２ａの開度を小さくして、電動弁１２ｂの開度を大きくする。これにより、オイル温度Ｔ１が低い場合、オイル用加熱部２０ａに向かうエンジンオイル９１の量が多くなる。一方、温度調節器３１は、オイル温度Ｔ１が高い場合には、電動弁１２ａの開度を大きくして、電動弁１２ｂの開度を小さくする。これにより、オイル温度Ｔ１が高い場合、オイル用加熱部２０ａに向かうエンジンオイルの量が少なくなる。なお、電動弁１２ｂは、温度検出器４１によるオイル温度Ｔ１の検出に必要なエンジンオイルの流れを確保するために、完全に閉じることがないようにする（最低開度が設けられる）とよい。

【0025】

また、図１に示すように、温調システム１は、温度調節器３３と、ＬＬＣの温度Ｔ３（ＬＬＣ温度Ｔ３と言う）を検出する温度検出器４３を備える。温度調節器３３は、ＬＬＣ温度Ｔ３に基づいて電動弁１４ａ，１４ｂを比例制御し、ＬＬＣ用加熱部２０ｄに流れる加熱済みオイル９３の量を制御する。

【0026】

図２（Ｂ－ｄ）は、ＬＬＣ温度Ｔ３に応じた電動弁１４ａ，１４ｂの開閉制御を概略的に示す図である。同図に示すように、温度調節器３３は、ＬＬＣ温度Ｔ３が低い場合には、電動弁１４ａの開度を小さくして、電動弁１４ｂの開度を大きくする。これにより、ＬＬＣ温度Ｔ３が低い場合、ＬＬＣ用加熱部２０ｄに向かう加熱済みオイル９３の量が多くなる。一方、温度調節器３３は、ＬＬＣ温度Ｔ３が高い場合には、電動弁１４ａの開度を大きくして、電動弁１４ｂの開度を小さくする。これにより、ＬＬＣ温度Ｔ３が高い場合、ＬＬＣ用加熱部２０ｄに向かう加熱済みオイル９３の量が少なくなる。

【0027】

図１に示すように、排ガス９０は、エンジン２から排出される。排ガス９０は、排ガス用冷却部２０ｂ、排ガス切替え回路２０ｃ、オイル用加熱部２０ａ、及び排気ファン７０を通って、外部に導かれる。

【0028】

排ガス用冷却部２０ｂは、送風機１５と、電動ダンパ１６ａ，１６ｂと、温度調節器３２と、排ガスの温度Ｔ２（排ガス温度Ｔ２と言う）を検出する温度検出器４２を備える。送風機１５は、外気を吸い込んで、外気をダンパ１６ａ，１６ｂに向かって吹き出すように構成されている。送風機１５から吹き出されて、ダンパ１６ａを通過した外気は、排ガス９０と混合して、排ガス９０を冷却する。送風機１５は、排ガス９０（排ガス９０の熱）を希釈する空気を供給するファンとして機能する。

【0029】

温度調節器３２は、排ガス温度Ｔ２に基づいて、送風機１５の回転数制御とダンパ１６ａ，１６ｂの比例制御を行って、排ガス９０に混合させる冷却用外気の量を制御する。図２（Ｂ－ｂ）は、排ガス温度Ｔ２に応じた送風機１５の回転数制御を概略的に示す図である。また、図２（Ｂ－ｃ）は、図２（Ｂ－ｂ）の破線で囲った部分を拡大した図であり、排ガス温度Ｔ２に応じたダンパ１６ａ，１６ｂの開閉制御を概略的に示す図である。

【0030】

図２（Ｂ－ｂ）に示すように、温度調節器３２は、排ガス温度Ｔ２が高くなるほど、送風機１５の回転数を大きくする。すなわち、排ガス温度Ｔ２が高くなるほど、ダンパ１６ａを通過させる冷却用外気の量を多くする。なお、同図に示すように、排ガス温度Ｔ２が比較的低い場合には、送風機１５の回転数は一定であってよい。

【0031】

また、図２（Ｂ－ｃ）に示すように、温度調節器３２は、排ガス温度Ｔ２が高い場合には、ダンパ１６ａの開度を大きくして、ダンパ１６ｂの開度を小さくする。これにより、ダンパ１６ａを通過する冷却用外気の量が多くなる。なお、送風機１５の回転数を変化させる排ガス温度Ｔ２の領域（図２（Ｂ－ｂ）参照）では、ダンパ１６ａの開度を大きくして、ダンパ１６ｂの開度を小さくした状態を維持するとよい。一方、温度調節器３２は、排ガス温度Ｔ２が低い場合には、ダンパ１６ａの開度を小さくして、ダンパ１６ｂの開度を大きくする。これにより、ダンパ１６ａを通過する冷却用外気の量が少なくなる。

【0032】

図１に示すように、排ガス切替え回路２０ｃは、電動ダンパ１７ａ，１７ｂを備える。ダンパ１７ａは、オイル用加熱部２０ａに向かう回路に配置されており、ダンパ１７ｂは、バイパス回路２０ｃ１に配置されている。

【0033】

温度調節器３１は、オイル温度Ｔ１に基づいてダンパ１７ａ，１７ｂを制御する。具体的には、温度調節器３１は、オイル温度Ｔ１が予め定められた温度より高い場合（オイル温度Ｔ１が過昇温である場合）には、ダンパ１７ａを閉じて、ダンパ１７ｂを開く。すなわち、温度調節器３１は、排ガス９２をオイル用加熱部２０ａに流さないようにして、排ガス９２をバイパス回路２０ｃ１に流すようにする。これにより、エンジンオイル９１の過剰な温度上昇を防ぐことができる。一方、温度調節器３１は、オイル温度Ｔ１が予め定められた温度以下である場合（オイル温度Ｔ１が過昇温ではない場合）には、ダンパ１７ａを開いて、ダンパ１７ｂを閉じる。すなわち、温度調節器３１は、排ガス９２をオイル用加熱部２０ａに流して、排ガス９２をバイパス回路２０ｃ１に流さないようにする。

【0034】

以上説明した実施形態によれば、排ガスの熱を回収することで、エンジンオイル９１及びＬＬＣ９４を昇温することができる。エンジンオイル９１及びＬＬＣ９４を加熱するために、特別な熱源（専用のヒータなど）を用いないので、消費エネルギーの増加を抑制することができる。

【0035】

また、図２（Ａ）に示すように、ＬＬＣを規定時間ｔＲ以内に規定温度まで昇温させる試験条件がある場合、その試験条件に係るエンジン試験を実施することが可能となる。例えば、小型・小出力エンジン（発熱量が小さいエンジン）であっても、ＬＬＣを規定時間ｔＲ内に規定温度まで昇温することができる。

【0036】

次に、変形例について説明する。図３は、別の温調システム１ａの概略構成図である。温調システム１ａ（図３）は、以上で説明した温調システム１（図１）から排ガス用冷却部２０ｂを省いた構成である。このような温調システム１ａ（図３）においても、ＬＬＣを加熱昇温することができる。なお、この実施形態の場合、エンジンオイルが比較的高温になりやすく、エンジンオイルが劣化する可能性が考えられるため、エンジンオイルを保護する観点では、温調システム１（図１）がより好ましい形態と言える。

【0037】

また、図示されていないが、温調システム１ａ（図３）から排ガス切替え回路２０ｃ（バイパス回路２０ｃ１）をさらに省いて、排ガス９０を直接、オイル用加熱部２０ａ（熱交換器２１）に使用する構成としてもよい。このような温調システムであっても、ＬＬＣを加熱昇温することができる。なお、この実施形態の場合でも、エンジンオイルが比較的高温になりやすく、エンジンオイルが劣化する可能性が考えられるため、エンジンオイルを保護する観点では、温調システム１（図１）がより好ましい形態と言える。

【0038】

図４（Ａ）は、さらに別の温調システム１ｂの概略構成図である。なお、図４（Ａ）では、エンジンオイルが流れる回路が省略されている。温調システム１ｂ（図４（Ａ））は、市販の熱媒油（オイル１９１）を用いて、ＬＬＣを加熱昇温する構成である。

【0039】

温調システム１ｂは、オイル１９１の循環路を備える。オイル１９１の循環路には、熱交換器２５と熱交換器２３が配置されている。熱交換器２５は、冷却済み排ガス９２によりオイル１９１を加熱して、加熱済みオイル１９３を生成する。熱交換器２３は、加熱済みオイル１９３によりＬＬＣ９４を加熱して、加熱済みＬＬＣ９５を生成する。このような温調システム１ｂにおいても、ＬＬＣを加熱昇温することができる。オイル１９１が熱媒油（エンジンオイルではない油）なので、オイル１９１を比較的高温にすることができる。

【0040】

図４（Ｂ）は、温調システムのさらに他の構成を示す概略図である。温調システム１ｃ（図４（Ｂ））では、エンジンオイル９１の循環路にヒータ８０を設けている。同様に、ＬＬＣ９４の循環路にヒータ８２を設けている。ヒータ８０，８２は、例えば、電気ヒータ、温水ヒータ、または蒸気ヒータ等であってよい。このような温調システム１ｃにおいても、エンジンオイル及びＬＬＣを加熱昇温することができる。

【符号の説明】

【0041】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ 温調システム（エンジン試験用の温調システム）、２ エンジン、１２ａ，１２ｂ，１４ａ，１４ｂ 電動弁、１５ 送風機、１６ａ，１６ｂ ダンパ（風量制御ダンパ）、１７ａ，１７ｂ ダンパ（オイル過昇温防止ダンパ）、２０ａ オイル用加熱部（回路）、２０ｂ 排ガス用冷却部（回路）、２０ｃ 排ガス切替え回路、２０ｃ１ バイパス回路、２０ｄ 冷却水用加熱部（ＬＬＣ用加熱部，回路）、２１ 熱交換器（熱回収器）、２３，２５ 熱交換器、３１，３２，３３ 温度調節器、４１，４２，４３ 温度検出器、５０ オイル温調装置、５２ 熱交換器、５４ ポンプ、６０ ＬＬＣ温調装置、６２ 熱交換器、７０ 排気ファン、８０，８２ ヒータ、９０ エンジン排ガス、９１ エンジンオイル、９２ 冷却済み排ガス、９３ 加熱済みオイル、９４ エンジン冷却水（ＬＬＣ）、９５ 加熱済み冷却水（加熱済みＬＬＣ）、１９１ オイル、１９３ 加熱済みオイル。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】