プリウス技術検討室

寒くなってくるとエンジンの暖機動作、
およびそれによる燃料消費量が気になってきますよね。
例えば、毎回の暖機に、仮に４０cc消費として、１日２回、２０日間であれば、
暖機だけで１．６Ｌのガソリンを消費してしまいます。
（短距離、１日に何回も暖機運転という方は、厳しいですね）

プリウスではまずは４０℃を目安に初期暖機が行われるようですが
いろいろ暖機について考える前に、
まずはなぜこの温度まで引き上げる必要があるかを考えてみます。

サーモスタットの開弁設定温度から考えると、冷却水温としては
最終的には８０℃～９５℃ぐらいを狙い値としているようです。
（標準と寒冷地で開弁設定温度の違いあり）

一般のエンジンでは、ガソリンを燃焼して発生する熱量の
およそ２５～４５％が、冷却損失として、冷却水を経て熱として放出されています。

逆にいえば、この２５～４５％の熱量が、暖機において、冷却水温を
上昇させる元となります。

エンジン温度が低いと、影響を受ける要素を以下に書き出してみます

１．燃料の気化悪化
　　プリウスの１ＮＺ－ＦＸＥのようにポート噴射を行うエンジンの場合、
　　吸気バルブが閉じているときに、吸気ポート、吸気バルブに向かって燃料が噴射されます。

　　（バルブが開いている時に噴射と思っている人が多い･･･）
　　ここで、燃料は気化・微小粒子となり、空気と混ざり混合気となります。
　　吸気ポート、吸気バルブが低温だと、この気化が悪化し、燃焼可能な燃料量が不足します。
　　結果、空燃比が安定せず、不安定な燃焼状態となることがあります。

　　※暖機時には、気化悪化分を見込み、燃料噴射量の増量がなされています。

２．オイル低温による粘度増加・摩擦損失の増大
　　オイルの温度は、低温になるほど、指数的に増大する特性となっています。
　　ですから、オイル温度も低い冷機状態では、摩擦損失がとても大きくなっています。

　　オイルの粘度グラフでは６０℃までの部分しか載っていませんが、温度が低くなるにつれて、
　　動粘度が指数的に上昇していくのが分かります。

３．触媒温度
　　エンジンに直接ではありませんが、三元触媒が有効に機能するためには、触媒が
　　３００～４００℃になっている必要があります。
　　排ガスの浄化のために、早く触媒温度を上昇させる必要があり、
　　点火タイミングを遅くし、排ガス温度を高くする制御があるようです。
　　初期の５６秒間の暖機は、この点火時期遅角化(BTDC:-9ｄｅｇ）の行われている間のようです
　　（Ｒ－Ｖｉｔで確認）

私が燃費として特に気にしているのは、１．２の要因です。
２．についてはオイルの粘度増加によって、摩擦損失が増大し、
効率が低下しているのではないかと思っています。
ただ、これは温度が上がれば克服されるものです。

一方、１．については、不可逆の心配があります。
気化できなかったガソリンは、シリンダの壁を伝わり（液体だと燃焼しません）、
そのままオイルパンに落ちてしまいます。
そして、オイルと混ざることでオイルの粘度を下げてしまいます。
（いわゆるガソリン稀釈）

これによって、オイルが十分な潤滑性能を出せずに、
摩擦部の焼きつきを発生させる可能性があります。
（レースなどで、オーバークール状態で走行した結果、ガソリン稀釈が発生し、
　エンジンが焼きついてリタイヤという話を聞いたことがあります）

ということで、低温でエンジンを動作させつづけることは、
燃焼の不安定化だけでなく、ガソリン稀釈の危険がある（かも知れない）と思っています。
（それを下げるために、最低必要な温度までは暖機していると思っています）

私は、エンジンオイルについては、汚れだけでなく、念のため粘度も気にしていますが
なかなかオイルゲージだけでは分からないですよね(^^;

暖機はもったいないと思いつつも、必要な分は行いたい。
そこで、無駄を省き、効率の良いエンジンの温度管理（サーマルマネジメント）が必要ですね。

ちなみに北米仕様で用いられている暖機用蓄熱システム（通称魔法瓶）の論文です↓
http://www.denso.co.jp/DTR/vol10_no1/dissertation13-itp5.ps.pdf
もともと排出ガスのエミッション低減が主目的であり、副次的な効果として
暖房のための暖気時間が１／２となったとあります。
燃費への効果は･･･書いてないってことは、そんなに大きくないのかも知れません。

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水温が80℃の場合と、40℃の場合とで、
壁流量を比較しています。
横軸はガソリン性状を示すもので、50%留出温度(T50）です。
いわゆる、ガソリンの揮発のしやすさを示しています。
日本のガソリン規格ではT50は125℃以下となっています。

▼ この記事へのコメント ▼

http://members.at.infoseek.co.jp/dokanyo/log0603031.gif
エンジンを掛けた後、放置するとこうなります(^^;

本当、凄い噴射時間ですよね（汗

朝の通勤は、スレスレの時間でスタートしまうので、即、発進してしまいます。
でも、２０型の場合は暖気が終了するまではモーター走行になりますので影響がないと思っております。
ただ、充電も不十分でかなりバッテリーを消耗しますので燃費は良くなりません。
へたをすれば、充電地獄に！
燃費を考慮しても、理想は暖気終了後の発進ですが、クリープ現象程度の速度で発進して、エンジン音が変化した時点で本格的に走行するようにしています。

庵さん、どうも！

これはすごい（本当にすごい！）データですね！
水温４℃状態からの暖機始動･･･
85秒付近で制御が切り替わっているようですが、
燃料噴射時間の変化が良くわかりますね。
（点火時期もこのあたりで変わっているのかな？）

また、それ以降でも、数秒周期の回転数変動がありますね。
（本家でも報告のあった、暖機中の回転ムラというものですね）
燃料噴射量は周期的でありながらも、水温の上昇に対して、
ほぼ一定水準であるのが興味深いですね。

それにしても初爆クランキングのときには、
本当に凄い量を噴射しているんですね。
ありがとうございました。

▼

さん
暖機中に走行するか、EV移行が可能になってから走行するかなどは、
そのときの走行状況（勾配や交通量）でSOCを消費すべきかなど、判断が必要ですよね。

で、このあたりのエネルギーマネジメント/先読みが
システムの限界で、ドライバーの技量といったところでしょうかね。

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