JP2004011572A - Internal combustion engine equipped with heat-storing device - Google Patents

Internal combustion engine equipped with heat-storing device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of efficiently storing high temperature cooling water in a heat-storing device, in an internal combustion engine equipped with the heat-storing device. <P>SOLUTION: The internal combustion engine comprises a circulating circuit wherein a thermal medium is circulated through the internal combustion engine, a pump mechanism generating a circulation flow of the thermal medium in the circulating circuit by using the torque of the internal combustion engine, and a heat-storing container storing a part of the thermal medium in the circulating circuit in heat-storing state. When the high temperature thermal medium in the circulating circuit is collected to the heat-storing container, collection processing is carried out according to the collecting necessary time decided by the engine speed or the circulating circuit state of the internal combustion engine. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などに搭載される内燃機関に関し、特に冷却水などの熱媒体を蓄熱状態で貯蔵可能な蓄熱装置を備えた内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車などに搭載される内燃機関では、冷間時の始動性、燃焼安定性、排気エミッション、或いは室内暖房性能などの向上を目的として、蓄熱装置を備えた内燃機関が提案されている。
【0003】
このような蓄熱装置を備えた内燃機関としては、例えば、特開2001−132448号公報に記載されているような内燃機関の冷却装置が開示されている。前記した公報に記載された内燃機関の冷却装置は、水冷式内燃機関の冷却水を保温状態で貯蔵する保温容器と、保温容器内の温水を内燃機関へ供給する温水ポンプとを備え、内燃機関の始動時に温水ポンプを所定時間作動させることにより、内燃機関内に元々滞留していた低温の冷却水と保温容器内に貯蔵されていた温水とを入れ替えるよう構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、蓄熱装置を備えた内燃機関では、内燃機関の運転時に高温となった冷却水を効率よく保温容器に回収することも重要である。すなわち、冷却水の流量およびまたは流速は、ポンプの作動状態、冷却水が循環する経路の状態、あるいは冷却水の温度などに応じて変化するため、それら各種条件に応じた温水回収処理を行うことが必要となる。
【0005】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、蓄熱装置を備えた内燃機関において、高温の冷却水を効率よく蓄熱装置へ貯蔵させることができる技術を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明に係る蓄熱装置を備えた内燃機関は、
内燃機関を経由して熱媒体が循環する循環回路と、
前記内燃機関の回転力を利用して前記熱媒体の循環流を発生させるポンプ機構と、
前記循環回路内の熱媒体の一部を蓄熱状態で貯蔵する蓄熱容器と、
前記循環回路内の熱媒体を前記蓄熱容器に回収するときに、前記内燃機関の機関回転数に基づいて回収所要時間を演算する演算手段と、
前記演算手段により算出された回収所要時間に従って熱媒体の回収処理を行う回収手段と、
を備えることを特徴とする。
【0007】
この発明は、内燃機関を経由して熱媒体が循環する循環回路と、内燃機関の回転力を利用して循環回路内に熱媒体の循環流を発生させるポンプ機構と、循環回路内の熱媒体の一部を蓄熱状態で貯蔵する蓄熱容器とを備えた内燃機関において、循環回路内の高温の熱媒体を蓄熱容器へ回収する場合に、内燃機関の機関回転数に応じて決定される回収所要時間に従って回収処理を行うことを最大の特徴としている。
【0008】
循環回路内の熱媒体が持つ熱を蓄熱容器内に好適に蓄えるには、蓄熱容器に元々貯蔵されていた熱媒体を該蓄熱容器から排出すると同時に循環回路内の高温の熱媒体を蓄熱容器に充満させる処理、言い換えれば、蓄熱容器内の熱媒体を循環回路内の高温の熱媒体と入れ替える処理が必要となる。
【0009】
上記したような入れ替え処理に要する時間は、蓄熱容器の容量と蓄熱容器内へ単位時間当たりに流入する熱媒体の量(蓄熱容器から単位時間当たりに流出する熱媒体の量でもよい)とに応じて定まる。その際、蓄熱容器の容量が不変であれば、前記した入れ替え処理に要する時間は、蓄熱容器内へ単位時間当たりに流入する熱媒体の量に応じて特定される。
【0010】
蓄熱容器内へ単位時間当たりに流入する熱媒体の量はポンプ機構により発生する循環流の速度によって変化し、ポンプ機構により発生する循環流の速度は内燃機関の機関回転数に応じて変化するため、蓄熱容器内へ単位時間当たりに流入する熱媒体の量は、内燃機関の機関回転数に応じて特定される。
【0011】
従って、上記したような入れ替え処理に要する時間、すなわち回収所要時間は、内燃機関の機関回転数に応じて特定されることになる。
【0012】
そこで、本発明に係る蓄熱装置を備えた内燃機関では、循環回路内の高温の熱媒体を蓄熱容器へ回収する時に、演算手段が機関回転数をパラメータとして回収所要時間を演算し、演算手段により算出された回収所要時間に従って回収手段が回収処理を実行するようにした。
【0013】
この場合、蓄熱容器への熱媒体の回収処理は、蓄熱容器内へ単位時間当たりに流入する熱媒体の量に従って行われることになるため、蓄熱容器内の熱媒体が循環回路内の高温の熱媒体と入れ替わる前に回収処理が終了することがなくなるとともに、蓄熱容器内の熱媒体が循環回路内の高温の熱媒体と入れ替わった後も回収処理が継続されることがない。
【0014】
また、本発明に係る蓄熱装置を備えた内燃機関において、循環回路は、熱媒体を冷却する冷却機構と、冷却機構を迂回するバイパス通路と、冷却機構又はバイパス通路を遮断する流路切換弁とを具備するようにしてもよい。
【0015】
この場合、冷却機構による熱媒体の圧力損失とバイパス通路による熱媒体の圧力損失とが異なるため、熱媒体が冷却機構を流通する場合とバイパス通路を流通する場合とでは熱媒体の流速が異なるようになり、それに応じて蓄熱容器内へ単位時間当たりに流入する熱媒体の量も異なるようになる。
【0016】
従って、演算手段は、内燃機関の機関回転数と流路切換弁の状態とに基づいて回収所要時間を演算することが好ましい。
【0017】
また、本発明に係る蓄熱装置を備えた内燃機関は、循環回路内の熱媒体の温度を検出する温度検出手段を更に備え、演算手段が機関回転数と温度検出手段により検出された熱媒体の温度とに基づいて回収所要時間を演算するようにしてもよい。
【0018】
これは、本発明に係る熱媒体として、温度に応じて粘性が異なる熱媒体が用いられた場合を想定したものである。
【0019】
例えば、本発明に係る熱媒体として、温度が高くなるほど粘性が低下する熱媒体が用いられた場合は、熱媒体の温度が低くなるほど蓄熱容器内へ単位時間当たりに流入する熱媒体の量が減少するとともに、熱媒体の温度が高くなるほど蓄熱容器内へ単位時間当たりに流入する熱媒体の量が増加することになる。
【0020】
このような場合には、熱媒体の温度が高くなるほど回収所要時間が短く設定され、熱媒体の温度が低くなるほど回収所要時間が長く設定されるようにすればよい。
【0021】
また、本発明に係る蓄熱装置を備えた内燃機関は、バッテリからの電圧が印加されたときに、循環回路から蓄熱容器へ向かう熱媒体の流れを発生する電動ウォーターポンプを更に備え、演算手段は、内燃機関の機関回転数とバッテリの電圧とに基づいて回収所要時間を演算するようにしてもよい。
【0022】
これは、ポンプ機構とは独立して熱媒体の流れを発生させる電動ウォーターポンプを備えた構成を想定したものであり、電動ウォーターポンプの出力(電動ウォーターポンプの吐出量)はバッテリ電圧に応じて変化し、電動ウォーターポンプの出力が変化すると蓄熱容器内へ単位時間当たりに流入する熱媒体の量が変化することになるからである。
【0023】
尚、ポンプ機構により発生する熱媒体の流れ方向と電動ウォーターポンプにより発生する熱媒体の流れ方向とが同一方向である場合には、機関回転数が高く且つバッテリ電圧が高くなるほど蓄熱容器内へ単位時間当たりに流入する熱媒体の量が多くなり、機関回転数が低く且つバッテリ電圧が低くなるほど蓄熱容器内へ単位時間当たりに流入する熱媒体の量が少なくなる。
【0024】
このため、ポンプ機構により発生する熱媒体の流れ方向と電動ウォーターポンプにより発生する熱媒体の流れ方向とが同一方向である場合には、機関回転数が高く且つバッテリ電圧が高くなるほど回収所要時間が短く設定され、機関回転数が低く且つバッテリ電圧が低くなるほど回収所要時間が長く設定されるようにすればよい。
【0025】
一方、ポンプ機構により発生する熱媒体の流れ方向と電動ウォーターポンプにより発生する熱媒体の流れ方向とが逆方向である場合には、機関回転数が低く且つバッテリ電圧が高くなるほど蓄熱容器内へ単位時間当たりに流入する熱媒体の量が多くなり、機関回転数が高く且つバッテリ電圧が低くなるほど蓄熱容器内へ単位時間当たりに流入する熱媒体の量が少なくなる。
【0026】
このため、ポンプ機構により発生する熱媒体の流れ方向と電動ウォーターポンプにより発生する熱媒体の流れ方向とが逆方向である場合には、機関回転数が低く且つバッテリ電圧が高くなるほど回収所要時間が短く設定され、機関回転数が高く且つバッテリ電圧が低くなるほど回収所要時間が長く設定されるようにすればよい。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る蓄熱装置を備えた内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【0028】
<実施の形態1>
先ず、本発明に係る蓄熱装置を備えた内燃機関の第1の実施態様について図1〜図11に基づいて説明する。
【0029】
図1は、本発明を適用する内燃機関の冷却水循環系を示す図である。
内燃機関1は、軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関(ディーゼル機関)又はガソリンを燃料とする火花点火式の内燃機関(ガソリン機関)であり、自動車に搭載される機関である。
【0030】
前記内燃機関1は、シリンダヘッド1aとシリンダブロック1bを備えている。シリンダヘッド1a及びシリンダブロック1bの各々には、本発明に係る熱媒体としての冷却水を流通させるためのヘッド側冷却水路2aとブロック側冷却水路2bとが形成され、それらヘッド側冷却水路2aとブロック側冷却水路2bとが相互に連通している。
【0031】
前記ヘッド側冷却水路2aには、第1冷却水路4が接続され、この第1冷却水路4は、ラジエター5の冷却水流入口に接続されている。前記ラジエター5の冷却水流出口は、第2冷却水路6を介してサーモスタットバルブ7に接続されている。
【0032】
前記サーモスタットバルブ7には、前記第2冷却水路6に加えて、第3冷却水路8とバイパス水路9とが接続されている。前記第3冷却水路8は、内燃機関1の機関出力軸(クランクシャフト)の回転トルクを駆動源とする機械式ウォーターポンプ10の吸込口に接続され、前記バイパス水路9は、ヘッド側冷却水路2aに接続されている。
【0033】
前記した機械式ウォーターポンプ10は、本発明に係るポンプ機構に相当するものであり、該機械式ウォーターポンプ10の吐出口には、前記ブロック側冷却水路2bが接続されている。
【0034】
ここで、前記したラジエター5は、該ラジエター5内を流通する冷却水と外気との間で熱交換を行う熱交換器であり、本発明に係る冷却機構に相当する。
【0035】
また、前記したサーモスタットバルブ7は、冷却水の温度に応じて、第2冷却水路6とバイパス水路9との何れか一方を遮断する流路切換バルブである。具体的には、サーモスタットバルブ7は、該サーモスタットバルブ7を流れる冷却水の温度が所定の開弁温度:Temp1(例えば、80℃〜90℃)未満であるときは、第2冷却水路6を遮断すると同時にバイパス水路9を開放して、第3冷却水路8とバイパス水路9とを導通させる。前記サーモスタットバルブ7は、該サーモスタットバルブ7を流れる冷却水の温度が前記開弁温度:Temp1以上であるときは、第2冷却水路6を開放すると同時にバイパス水路9を遮断して、第3冷却水路8と第2冷却水路6とを導通させる。このようにサーモスタットバルブ7は、本発明に係る流路切換弁に相当する。
【0036】
次に、前記した第1冷却水路4の途中にはヒータホース11が接続され、このヒータホース11は前記した第3冷却水路8の途中に接続されている。前記ヒータホース11の途中には、冷却水と室内暖房用空気との間で熱交換を行うヒータコア12が配置されている。
【0037】
前記ヒータコア12と前記第3冷却水路8との間に位置するヒータホース11の途中には、第1バイパス通路13aが接続されている。この第1バイパス通路13aは、蓄熱容器15の冷却水出口15bに接続されている。
【0038】
前記蓄熱容器15は、冷却水が持つ熱を蓄熱しつつ冷却水を貯蔵する容器であり、冷却水入口15aから新規の冷却水が流入すると、それと入れ替わりに該蓄熱容器15内に貯蔵されていた冷却水を前記冷却水出口15bから排出するよう構成されている。尚、蓄熱容器15の冷却水入口15aと冷却水出口15bとの各々には、冷却水の逆流を防止するワンウェイバルブが取り付けられるようにしてもよい。
【0039】
前記した蓄熱容器15の冷却水入口15aには第2バイパス通路13bが接続され、この第2バイパス通路13bは電動ウォーターポンプ14の冷却水吐出口に接続されている。
【0040】
前記電動ウォーターポンプ14は、バッテリ43の出力電圧を駆動源とするウォーターポンプであり、冷却水吸込口から吸い込んだ冷却水を前記した冷却水吐出口から吐出するよう構成されている。
【0041】
前記電動ウォーターポンプ14の冷却水吸込口は、第3バイパス通路13cを介して、ヒータコア12と第1冷却水路4との間に位置するヒータホース11に接続されている。
【0042】
尚、ヒータコア12と第1冷却水路4との間に位置するヒータホース11において、第3バイパス通路13cの接続部位を基準にして第1冷却水路4側の部位を第1ヒータホース11aと称するとともに、ヒータコア12側の部位を第2ヒータホース11bと称するものとする。更に、ヒータコア12と第3冷却水路8との間に位置するヒータホース11において、第1バイパス通路13aの接続部位を基準にしてヒータコア12側の部位を第3ヒータホース11cと称するとともに、第3冷却水路8側の部位を第4ヒータホース11dと称するものとする。
【0043】
前記した第1ヒータホース11aと第2ヒータホース11bと第3バイパス通路13cとの接続部には、流路切換弁16が設けられている。この流路切換弁16は、前記3つの通路の何れか1つの通路を選択的に遮断するよう構成されており、ステップモータ等からなるアクチュエータによって駆動される。
【0044】
また、第3冷却水路8における機械式ウォーターポンプ10の近傍には、該第3冷却水路8内を流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出力する第1水温センサ17が取り付けられている。第1冷却水路4におけるヘッド側冷却水路2aとの接続部位の近傍には、該第1冷却水路4内を流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出力する第2水温センサ18が取り付けられている。
【0045】
このように構成された冷却水循環系には、当該冷却水循環系の作動状態を制御するための電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)39が併設されている。このECU39は、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM、入力ポート、出力ポート、A/Dコンバータ等から構成される算術論理演算回路である。このECU39は、内燃機関1の運転状態を制御するためのECUと独立して設けられるようにしてもよく、或いは兼用されるにしてもよい。
【0046】
ECU39には、前述した第1水温センサ17、第2水温センサ18、及びバッテリ43に加えて、車室内に設けられたイグニッションスイッチ40、スタータスイッチ41、及び室内暖房装置のスイッチ(ヒータスイッチ)42が電気的に接続され、それら各種センサの出力信号がECU39へ入力されるようになっている。
【0047】
更に、ECU39は、前述した電動ウォーターポンプ14及び流路切換弁16と電気的に接続され、ECU39が電動ウォーターポンプ14及び流路切換弁16を制御することが可能となっている。
【0048】
具体的には、ECU39は、ROMに記憶されているアプリケーションプログラムに従って動作し、前記冷却水循環系における冷却水の流れを切り換えるための冷却水流れ切換制御を実行する。
【0049】
以下、本実施の形態における冷却水流れ切換制御について述べる。
先ず、内燃機関1が運転状態にあるときは、機械式ウォーターポンプ10がクランクシャフトの回転トルクを受けて作動する。これに対し、ECU39は、第2ヒータホース11bを遮断させるべく流路切換弁16を制御するとともに、電動ウォーターポンプ14を停止状態とすべくバッテリ43から電動ウォーターポンプ14への電圧供給を遮断する。
【0050】
この場合、電動ウォーターポンプ14が作動せずに機械式ウォーターポンプ10のみが作動することになり、その際の冷却水の温度がサーモスタットバルブ7の開弁温度:Temp1未満であれば該サーモスタットバルブ7が第2冷却水路6を遮断すると同時にバイパス水路9を開放することになる。
【0051】
従って、内燃機関1が運転状態にあり、且つ冷却水の温度がサーモスタットバルブ7の開弁温度:Temp1未満であるときは、図2に示すように、機械式ウォーターポンプ10→ブロック側冷却水路2b→ヘッド側冷却水路2a→バイパス水路9→サーモスタットバルブ7→第3冷却水路8→機械式ウォーターポンプ10の順に冷却水が流れる循環回路が成立する。
【0052】
図2に示すような循環回路が成立した場合は、内燃機関1から流出した比較的低温の冷却水がラジエター5を迂回して流れることになるため、冷却水がラジエター5によって不要に冷却されないことになる。この結果、内燃機関1の暖機が妨げられることがない。
【0053】
その後、内燃機関1の暖機が完了して、冷却水の温度がサーモスタットバルブ7の開弁温度:Temp1以上になると、サーモスタットバルブ7が第2冷却水路6を開放すると同時にバイパス水路9を遮断することになる。
【0054】
この場合、図3に示すように、機械式ウォーターポンプ10→ブロック側冷却水路2b→ヘッド側冷却水路2a→第1冷却水路4→ラジエター5→第2冷却水路6→サーモスタットバルブ7→第3冷却水路8→機械式ウォーターポンプ10の順に冷却水が流れる循環回路が成立する。
【0055】
図3に示すような循環回路が成立した場合は、内燃機関1から流出した比較的高温の冷却水がラジエター5を流通することになるため、冷却水の熱がラジエター5において外気へ放出され、冷却水の温度が低下する。この結果、ラジエター5を通過した後の比較的低温の冷却水が内燃機関1のヘッド側冷却水路2a及びブロック側冷却水路2bへ流入することになるため、内燃機関1の熱が冷却水へ伝達され、以て内燃機関1の過熱が防止される。
【0056】
また、内燃機関1が運転状態にあり且つ冷却水の温度がサーモスタットバルブ7の開弁温度:Temp1以上であるときに、ヒータスイッチ42がオンにされると、ECU39は、電動ウォーターポンプ14を停止状態に維持しつつ、第3バイパス通路13cを遮断し且つ第1ヒータホース11aと第2ヒータホース11bを導通させるべく流路切換弁16を制御する。
【0057】
この場合、図4に示すように、前述した図3の説明で述べた循環回路と同一の循環回路が成立すると同時に、機械式ウォーターポンプ10→ブロック側冷却水路2b→ヘッド側冷却水路2a→第1冷却水路4→第1ヒータホース11a→流路切換弁16→第2ヒータホース11b→ヒータコア12→第3ヒータホース11c→第4ヒータホース11d→第3冷却水路8→機械式ウォーターポンプ10の順に冷却水が流れる循環回路が成立する。
【0058】
図4に示すような循環回路が成立した場合には、内燃機関1から流出した比較的高温の冷却水がヒータコア12へ流入することになるため、ヒータコア12において冷却水の熱が室内暖房用空気へ伝達されることになる。この結果、室内暖房用空気の温度が高められる。
【0059】
ところで、内燃機関1が冷間始動される場合は、吸気ポート壁面や燃焼室壁面の温度が低くなるため、燃料噴射弁から噴射された燃料が気化し難い。このため、燃料噴射弁から噴射された燃料が吸気ポート壁面や燃焼室壁面に付着し易くなり、可燃性の高い混合気を形成することが困難となる。更に、内燃機関1が冷間状態にある場合は、圧縮行程上死点における気筒内(燃焼室内)の温度(所謂、圧縮端温度)も低くなるため、燃料が着火及び燃焼し難くなる。
【0060】
内燃機関1において、可燃性の高い混合気が形成され難く且つ燃料が着火及び燃焼し難くなると、始動性の低下、燃焼安定性の低下、或いは未燃燃料成分の排出量増加による排気エミッションの悪化などが誘発される。
【0061】
そこで、本実施の形態における冷却水流れ切換制御では、ECU39は、内燃機関1の始動直前(内燃機関1のクランキングが開始される前)に、第2ヒータホース11bを遮断すべく流路切換弁16を制御するとともに電動ウォーターポンプ14を作動させるべくバッテリ43から電動ウォーターポンプ14への電圧供給を許容する。
【0062】
この場合、第1ヒータホース11aと第3バイパス通路13cとが導通するとともに、機械式ウォーターポンプ10が作動せずに電動ウォーターポンプ14のみが作動するため、図5に示すような、電動ウォーターポンプ14→第2バイパス通路13b→蓄熱容器15→第1バイパス通路13a→第4ヒータホース11d→第3冷却水路8→機械式ウォーターポンプ10→ブロック側冷却水路2b→ヘッド側冷却水路2a→第1冷却水路4→第1ヒータホース11a→流路切換弁16→第3バイパス通路13c→電動ウォーターポンプ14の順に冷却水が流れる循環回路が成立する。
【0063】
図5に示すような循環回路が成立すると、電動ウォーターポンプ14から吐出された冷却水が第2バイパス通路13bを介して蓄熱容器15内へ流入し、それと入れ替わりに蓄熱容器15内に貯えられていた高温な冷却水(以下、蓄熱温水と称する)が冷却水出口15bから排出される。
【0064】
蓄熱容器15の冷却水出口15bから排出された蓄熱温水は、第1バイパス通路13a、第4ヒータホース11d、第3冷却水路8、及び機械式ウォーターポンプ10を介して内燃機関1のブロック側冷却水路2bへ流入し、次いでブロック側冷却水路2bからヘッド側冷却水路2aへ流入する。
【0065】
このように蓄熱容器15に貯蔵されていた蓄熱温水がヘッド側冷却水路2a及びブロック側冷却水路2bへ流入すると、それと入れ替わりにヘッド側冷却水路2a内及びブロック側冷却水路2b内に元々滞留していた低温の冷却水がヘッド側冷却水路2a及びブロック側冷却水路2bから排出される。
【0066】
その際、ECU39は、内燃機関1のヘッド側冷却水路2a及びブロック側冷却水路2b内に元々滞留していた低温の冷却水が蓄熱温水と入れ替わった時点(例えば、第2水温センサ18の出力信号値が所定温度以上になった時点)で電動ウォーターポンプ14の作動を停止し、蓄熱温水がヘッド側冷却水路2a及びブロック側冷却水路2b内に滞留するようにする。
【0067】
この場合、蓄熱温水が持つ熱の略全てがシリンダヘッド1a及びシリンダブロック1bへ効率的に伝達され、シリンダヘッド1a及びシリンダブロック1bが速やかに昇温する。
【0068】
このようにシリンダヘッド1a及びシリンダブロック1bが蓄熱温水によって暖められると、吸気ポートや燃焼室の雰囲気温度が上昇するため、内燃機関1の始動時における燃料の気化が促進されるとともに圧縮端温度が高められる。
【0069】
この結果、内燃機関1において、燃料の着火性の向上、燃料の燃焼安定性の向上、壁面付着燃料量の減少等が図られることとなり、以て内燃機関1の始動性の向上、暖機運転時間の短縮、排気エミッションの向上などを図ることが可能となる。
【0070】
上記したような蓄熱温水による内燃機関1の加熱を効果的に行うためには、蓄熱容器15内に高温の冷却水を貯め込んでおく必要がある。そこで、ECU39は、ヘッド側冷却水路2a及びブロック側冷却水路2bを循環する冷却水の温度が所望の温度以上となった時点で、ヘッド側冷却水路2a及びブロック側冷却水路2b内を流通する高温の冷却水(以下、単に温水と称する)を蓄熱容器15に回収すべく温水回収制御を実行する。
【0071】
温水回収制御では、ECU39は、内燃機関1が運転状態にあるときに、第2水温センサ18の出力信号値(ヘッド側冷却水路2a及びブロック側冷却水路2bから排出された冷却水の温度):Thw2を監視する。
【0072】
ECU39は、第2水温センサ18の出力信号値:Thw2が所望の目標回収温度以上になると、第2ヒータホース11bを遮断すべく流路切換弁16を制御するとともに電動ウォーターポンプ14を停止状態とすべくバッテリ43から電動ウォーターポンプ14への電圧供給を遮断する。
【0073】
尚、前記した目標回収温度は、予め設定された固定値であってもよく、或いは、第2水温センサ18の出力信号値:Thw2の履歴より冷却水の最高温度を学習し、その最高温度より所定温度低く設定されるようにしてもよい。
【0074】
上記したようにECU39が第2ヒータホース11bを遮断すべく流路切換弁16を制御するとともに電動ウォーターポンプ14を停止状態とすべくバッテリ43から電動ウォーターポンプ14への電圧供給を遮断した場合には、第1ヒータホース11aと第3バイパス通路13cとが導通するとともに、電動ウォーターポンプ14が作動せずに機械式ウォーターポンプ10が作動することになる。更に、その際にサーモスタットバルブ7を流通する冷却水の温度(第1水温センサ17の出力信号値:Thw1)が開弁温度:Temp1未満であれば、サーモスタットバルブ7が第2冷却水路6を遮断し且つ第3冷却水路8とバイパス水路9とを導通させることになる。
【0075】
この結果、図6に示すように、機械式ウォーターポンプ10→ブロック側冷却水路2b→ヘッド側冷却水路2a→バイパス水路9→サーモスタットバルブ7→第3冷却水路8→機械式ウォーターポンプ10の順に冷却水が流れる第1の循環回路が成立すると同時に、機械式ウォーターポンプ10→ブロック側冷却水路2b→ヘッド側冷却水路2a→第1冷却水路4→第1ヒータホース11a→流路切換弁16→第3バイパス通路13c→電動ウォーターポンプ14→第2バイパス通路13b→蓄熱容器15→第1バイパス通路13a→第4ヒータホース11d→第3冷却水路8→機械式ウォーターポンプ10の順に冷却水が流れる第2の循環回路が成立する。
【0076】
上記したような第2の循環回路が成立すると、ヘッド側冷却水路2a及びブロック側冷却水路2b内を流通する高温の冷却水が第1冷却水路4、第1ヒータホース11a、流路切換弁16、第3バイパス通路13c、電動ウォーターポンプ14、及び第2バイパス通路13bを介して蓄熱容器15へ流入することになる。
【0077】
このように内燃機関1からの高温の冷却水が蓄熱容器15へ流入すると、それと入れ替わりに蓄熱容器15内に元々滞留していた冷却水が該蓄熱容器15から排出されることになる。
【0078】
一方、蓄熱容器15に高温の冷却水を回収する際に、サーモスタットバルブ7を流通する冷却水の温度(第1水温センサ17の出力信号値:Thw1)が開弁温度:Temp1以上であると、サーモスタットバルブ7がバイパス水路9を遮断し且つ第2冷却水路6と第3冷却水路8とを導通させることになる。
【0079】
この場合、図7に示すように、機械式ウォーターポンプ10→ブロック側冷却水路2b→ヘッド側冷却水路2a→第1冷却水路4→ラジエター5→第2冷却水路6→サーモスタットバルブ7→第3冷却水路8→機械式ウォーターポンプ10の順に冷却水が流れる第3の循環回路が成立すると同時に、機械式ウォーターポンプ10→ブロック側冷却水路2b→ヘッド側冷却水路2a→第1冷却水路4→第1ヒータホース11a→流路切換弁16→第3バイパス通路13c→電動ウォーターポンプ14→第2バイパス通路13b→蓄熱容器15→第1バイパス通路13a→第4ヒータホース11d→第3冷却水路8→機械式ウォーターポンプ10の順に冷却水が流れる第2の循環回路が成立する。
【0080】
上記したような第2の循環回路が成立すると、ヘッド側冷却水路2a及びブロック側冷却水路2b内を流通する高温の冷却水が第1冷却水路4、第1ヒータホース11a、流路切換弁16、第3バイパス通路13c、電動ウォーターポンプ14、及び第2バイパス通路13bを介して蓄熱容器15へ流入することになる。
【0081】
このように内燃機関1からの高温の冷却水が蓄熱容器15へ流入すると、それと入れ替わりに蓄熱容器15内に元々滞留していた冷却水が該蓄熱容器15から排出されることになる。
【0082】
ところで、上記したような温水回収制御の実行は、蓄熱容器15内の冷却水が内燃機関1からの温水とが入れ替わった時点で終了することが好ましい。
【0083】
これは、蓄熱容器15内の冷却水が内燃機関1からの温水と入れ替わる前に温水回収制御の実行が終了された場合には蓄熱容器15内に所望量の熱を蓄えることができなくなり、一方、蓄熱容器15内の冷却水が内燃機関1からの温水と入れ替わった後も温水回収制御が継続して行われた場合には蓄熱容器15内に一旦回収された温水が再び蓄熱容器15から排出されてしまい、蓄熱容器15内に所望量の熱を蓄えることができなくなる虞があるからである。
【0084】
ここで、蓄熱容器15が貯蔵可能な冷却水の量は一定であるため、温水回収制御の実行時において蓄熱容器15内へ単位時間当たりに流入する冷却水の量(以下、容器流入水量と称する)が特定されれば、蓄熱容器15への温水回収に要する時間(以下、温水回収所要時間:Tcolと称する)を一義的に特定することが可能となる。すなわち、容器流入水量が多くなるほど温水回収所要時間:Tcolが短くなるとともに、容器流入水量が少なくなるほど温水回収所要時間:Tcolが長くなる。
【0085】
単位時間当たりに蓄熱容器15内へ流入する冷却水の量(以下、容器流入水量と称する)は、機械式ウォーターポンプ10の作動状態、冷却水が循環する経路の状態、或いは、冷却水の粘性などの種々の条件に応じて変化する。
【0086】
例えば、機械式ウォーターポンプ10は内燃機関1のクランクシャフトの回転トルクを利用して作動するため、図8に示すように、機関回転数が高くなるほど機械式ウォーターポンプ10が単位時間当たりに吐出する冷却水量が増加し、それに応じて容器流入水量も増加する。
【0087】
また、サーモスタットバルブ7が第2冷却水路6を遮断し且つバイパス水路9を開放している時(サーモスタットバルブ7が閉弁している時)は冷却水がラジエター5を流れずにバイパス水路9を流れ、サーモスタットバルブ7が第2冷却水路6を開放し且つバイパス水路9を遮断している時(サーモスタットバルブ7が開弁している時)は冷却水がバイパス水路9を流れずにラジエター5を流れることになる。その際、ラジエター5による冷却水の圧力損失がバイパス水路9による冷却水の圧力損失より多ければ、冷却水がラジエター5を流れる場合の冷却水の流速は、冷却水がバイパス水路9を流れる場合に比して低くなる。
【0088】
従って、図9に示すように、サーモスタットバルブ7が開弁している場合の容器流入水量は、サーモスタットバルブ7が閉弁している場合に比して少なくなる。
【0089】
また、冷却水の粘性は該冷却水の温度が高くなるほど低下するため、冷却水の温度が高くなるほど該冷却水の流速も高くなり易い。このため、容器流入水量は、図10に示すように、冷却水の温度が高くなるほど高くなるとともに、冷却水の温度が低くなるほど低くなる。
【0090】
このように容器流入水量は、機関回転数、サーモスタットバルブ7の開閉状態、及び冷却水温度に応じて変化するため、温水回収制御の実行時における機関回転数、サーモスタットバルブ7の開閉状態、及び冷却水温度をパラメータとして温水回収所要時間:Tcolを特定することが可能となる。
【0091】
従って、サーモスタットバルブ7の開閉状態と機関回転数と冷却水温度とをパラメータとして温水回収所要時間:Tcolを演算することも可能であるが、本実施の形態では、サーモスタットバルブ7が開弁状態にある時の機関回転数と冷却水温度と温水回収所要時間:Tcolとの関係、及び、サーモスタットバルブ7が閉弁状態にある時の機関回転数と冷却水温度と温水回収所要時間:Tcolとの関係を予め実験的に求めておき、それらの関係を三次元マップ化してECU39のROMなどに記憶しておくようにした。
【0092】
尚、以下では、サーモスタットバルブ7が開弁状態にある時の機関回転数と冷却水温度と温水回収所要時間:Tcolとの関係を示すマップをサーモスタットバルブ開弁時制御マップと称し、サーモスタットバルブ7が閉弁状態にある時の機関回転数と冷却水温度と温水回収所要時間:Tcolとの関係を示すマップをサーモスタットバルブ閉弁時制御マップと称する。
【0093】
前記したサーモスタットバルブ開弁時制御マップ及びサーモスタットバルブ閉弁時制御マップは、例えば、機関回転数及び冷却水温度が高くなるほど温水回収所要時間:Tcolが短くなり且つ機関回転数及び冷却水温度が低くなるほど温水回収所要時間:Tcolが長くなるよう設定されるとともに、機関回転数及び冷却水温度が同一であるときはサーモスタットバルブ開弁時制御マップの温水回収所要時間:Tcolがサーモスタットバルブ閉弁時制御マップの温水回収所要時間:Tcolより長くなるよう設定される。
【0094】
上記したようなサーモスタットバルブ開弁時制御マップ及びサーモスタットバルブ閉弁時制御マップがECU39のROMに記憶されている場合には、ECU39は、温水回収制御において、先ず、第1水温センサ17の出力信号値:Thw1及び第2水温センサ18の出力信号値:Thw2を読み込むとともに、内燃機関1の機関回転数を演算する。
【0095】
続いて、ECU39は、第1水温センサ17の出力信号値:Thw1がサーモスタットバルブ7の開弁温度:Temp1以上であるか否かを判別する。
【0096】
第1水温センサ17の出力信号値:Thw1がサーモスタットバルブ7の開弁温度:Temp1未満である場合には、ECU39は、サーモスタットバルブ7が閉弁状態にあるとみなし、前記出力信号値:Thw2及び前記機関回転数をパラメータとしてサーモスタットバルブ閉弁時制御マップへアクセスする。ECU39は、前記サーモスタットバルブ閉弁時制御マップから前記出力信号値:Thw2及び前記機関回転数に対応した温水回収所要時間:Tcolを算出する。
【0097】
第1水温センサ17の出力信号値:Thw1がサーモスタットバルブの開弁温度:Temp1以上である場合には、ECU39は、サーモスタットバルブ7が開弁状態にあるとみなし、前記出力信号値:Thw2及び前記機関回転数をパラメータとしてサーモスタットバルブ開弁時制御マップへアクセスする。ECU39は、前記サーモスタットバルブ開弁時制御マップから前記出力信号値:Thw2及び前記機関回転数に対応した温水回収所要時間:Tcolを算出する。
【0098】
上記したように温水回収所要時間:Tcolが算出されると、ECU39は、前述した図6又は図7の説明で述べたような第2の循環回路を成立させるべく、電動ウォーターポンプ14及び流路切換弁16を制御する。具体的には、ECU39は、電動ウォーターポンプ14を停止状態とすべくバッテリ43から電動ウォーターポンプ14への電圧供給を遮断するとともに、第2ヒータホース11bを遮断し且つ第1ヒータホース11aと第3バイパス通路13cとを導通させるべく流路切換弁16を制御する。
【0099】
更に、ECU39は、電動ウォーターポンプ14を停止状態とすべくバッテリ43から電動ウォーターポンプ14への電圧供給を遮断するとともに、第2ヒータホース11bを遮断し且つ第1ヒータホース11aと第3バイパス通路13cとを導通させるべく流路切換弁16を制御した時点(温水回収制御実行開始時点)からの経過時間を計測するカウンタ:Cを起動させる。
【0100】
そして、ECU39は、前記カウンタ:Cの計測時間が温水回収所領時間に達した時点で温水回収制御の実行を終了する。すなわち、ECU39は、前記カウンタ:Cの計測時間が温水回収所要時間:Tcolに達した時点で、第3バイパス通路13cを遮断すべく流路切換弁16を制御する。
【0101】
尚、ECU39が流路切換弁16に対して流路切換信号を出力した時点から流路切換弁16が実際に切換動作を完了するまでには多少の時間(作動遅れ時間)がかかるため、その作動遅れ時間を考慮して温水回収制御の実行時間を決定する必要がある。
【0102】
例えば、流路切換弁16が第3バイパス通路13cを遮断した状態から第2ヒータホース11bを遮断した状態へ動作するときの作動遅れ時間を第1の作動遅れ時間:t1とし、流路切換弁16が第2ヒータホース11bを遮断した状態から第3バイパス通路13cを遮断した状態へ動作するときの作動遅れ時間を第2の作動遅れ時間:t2とすると、温水回収制御実行時間:Tは、
T=Tcol+t1−t2
という演算式で求めることができる。
【0103】
従って、ECU39は、前記したカウンタ:Cの計測時間が温水回収制御実行時間:Tに達した時点で温水回収制御の実行を終了するようにすればよい。
【0104】
以下、本実施の形態における温水回収制御について図11に沿って具体的に説明する。
図11は、温水回収制御ルーチンを示すフローチャート図である。温水回収制御ルーチンは、予めECU39のROMに記憶されているルーチンであり、ECU39によって所定時間毎に繰り返し実行されるルーチンである。
【0105】
温水回収制御ルーチンでは、ECU39は、先ず、S1101において、RAMに記憶されている第1水温センサ17の出力信号値:Thw1、第2水温センサ18の出力信号値:Thw2、及び機関回転数:Neを読み込む。
【0106】
S1102では、ECU39は、温水回収条件が成立しているか否かを判別する。温水回収条件としては、内燃機関1から流出する冷却水の温度、すなわち第2水温センサ18の出力信号値:Thw2が目標回収温度以上である、或いは第2水温センサ18の出力信号値:Thw2が蓄熱容器15内の冷却水温度より高い、等の条件を例示することができる。
【0107】
前記したS1102において温水回収条件が成立していないと判定された場合は、ECU39は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0108】
前記したS1102において温水回収条件が成立していると判定された場合は、ECU39は、S1103へ進み、前記S1101で読み込まれた出力信号値:Thw1がサーモスタットバルブ7の開弁温度:Temp1以上であるか否かを判別する。
【0109】
前記S1103において前記出力信号値:Thw1が前記開弁温度:Temp1以上であると判定された場合は、ECU39は、S1104において、ROMのサーモスタットバルブ開弁時制御マップへアクセスし、前記S1101で読み込まれた出力信号値:Thw2と機関回転数:Neとに対応した温水回収所要時間:Tcolを算出する。
【0110】
また、前記S1103において前記出力信号値:Thw1が前記開弁温度:Temp1未満であると判定された場合は、ECU39は、S1105において、ROMのサーモスタットバルブ閉弁時制御マップへアクセスし、前記S1101で読み込まれた出力信号値:Thw2と機関回転数:Neとに対応した温水回収所要時間:Tcolを算出する。
【0111】
前記S1104又は前記S1105において温水回収所要時間:Tcolを算出し終えたECU39は、S1106へ進み、前記温水回収所要時間:Tcolに第1の作動遅れ時間:t1を加算し、それにより得られた値(Tcol+t1)から第2の作動遅れ時間:t2を減算して温水回収制御実行時間:T(=Tcol−t1+t2)を算出する。
【0112】
S1107では、ECU39は、温水回収制御の実行を開始すべく電動ウォーターポンプ14及び流路切換弁16を制御する。具体的には、ECU39は、電動ウォーターポンプ14を停止状態とすべくバッテリ43から電動ウォーターポンプ14への電圧供給を遮断するとともに、第2ヒータホース11bを遮断し且つ第1ヒータホース11aと第3バイパス通路13cとを導通させるべく流路切換弁16を制御することにより、前述した図6又は図7の説明で述べたような第2の循環回路を成立させる。
【0113】
S1108では、ECU39は、カウンタ:Cを起動して温水回収制御実行開始時点からの経過時間を計測させる。
【0114】
S1109では、ECU39は、前記カウンタ:Cの計測時間:Cが前記S1106で算出された温水回収制御実行時間:T以上となったか否かを判別する。
【0115】
前記S1109において前記カウンタ:Cの計測時間:Cが前記温水回収制御実行時間:T未満であると判定された場合は、ECU39は、前記カウンタ:Cの計測時間:Cが前記温水回収制御実行時間:T以上となるまで、当該S1109の処理を繰り返し実行する。
【0116】
前記S1109において前記カウンタ:Cの計測時間:Cが前記温水回収制御実行時間:T以上であると判定された場合は、ECU39は、S1110へ進み、温水回収制御の実行を終了する。具体的には、ECU39は、電動ウォーターポンプ14を停止状態に維持すべくバッテリ43から電動ウォーターポンプ14への電圧供給を遮断するとともに、第3バイパス通路13cを遮断し且つ第1ヒータホース11aと第2ヒータホース11bとを導通させるべく流路切換弁16を制御する。
【0117】
そして、ECU39は、S1111においてカウンタ:Cの計測時間をリセットして本ルーチンの実行を終了する。
【0118】
このようにECU39が温水回収制御ルーチンを実行することにより、温水回収制御の実行は、実際に蓄熱容器15内の冷却水が内燃機関1からの温水と入れ替わった時点で終了されるようになる。
【0119】
この結果、蓄熱容器15内の冷却水が内燃機関1からの温水と入れ替わる前に温水回収制御の実行が終了されることがなくなるとともに、蓄熱容器15内の冷却水が内燃機関1からの温水と入れ替わった後も温水回収制御の実行が継続されることもなくなる。
【0120】
従って、本実施の形態に係る蓄熱装置を備えた内燃機関によれば、所望の目標回収温度以上の温水を蓄熱容器15内へ確実に回収することが可能となる。
【0121】
<実施の形態2>
次に、本発明に係る蓄熱装置を備えた内燃機関の第2の実施態様について図12〜図21に基づいて説明する。ここでは前述した第1の実施の形態と異なる構成について説明し、同一の構成については説明を省略する。
【0122】
図12は、本発明を適用する内燃機関の冷却水循環系の第2の実施態様を示す図である。
【0123】
本実施の形態と前述した第1の実施の形態との差異は、前述した第1の実施の形態では蓄熱容器15が許容する冷却水の流れ方向と機械式ウォーターポンプ10が発生する冷却水の流れ方向とが同一方向であるのに対し、本実施の形態では蓄熱容器15が許容する冷却水の流れ方向と機械式ウォーターポンプ10が発生する冷却水の流れ方向とが逆方向となる点にある。
【0124】
具体的には、図12に示すように、ヒータホース11においてヒータコア12と第3冷却水路8との間に位置する部位には第1バイパス通路13aが接続され、この第1バイパス通路13aが電動ウォーターポンプ14の冷却水吸い込み口に接続されている。続いて、電動ウォーターポンプ14の冷却水吐出口は第2バイパス通路13bを介して蓄熱容器15の冷却水入口15aに接続されている。更に、蓄熱容器15の冷却水出口15bは、第3バイパス通路13cを介して、ヒータコア12と第1冷却水路4との間に位置するヒータホース11に接続されている。
【0125】
ここで、ヒータコア12と第1冷却水路4との間に位置するヒータホース11において、第3バイパス通路13cの接続部位を基準にして第1冷却水路4側の部位を第1ヒータホース11aと称するとともに、ヒータコア12側の部位を第2ヒータホース11bと称するものとする。更に、ヒータコア12と第3冷却水路8との間に位置するヒータホース11において、第1バイパス通路13aの接続部位を基準にしてヒータコア12側の部位を第3ヒータホース11cと称するとともに、第3冷却水路8側の部位を第4ヒータホース11dと称するものとする。
【0126】
前記した第1ヒータホース11aと第2ヒータホース11bと第3バイパス通路13cとの接続部には、前述した第1の実施の形態と同様に流路切換弁16が設けられている。
【0127】
このように構成された冷却水循環系では、ECU39は、以下のような方法により冷却水流れ切換制御を実行する。
【0128】
先ず、内燃機関1が運転状態にあり且つヒータスイッチ42がオフ状態にあるときは、ECU39は、第2ヒータホース11bを遮断させるべく流路切換弁16を制御するとともに、電動ウォーターポンプ14を停止状態とすべくバッテリ43から電動ウォーターポンプ14への電圧供給を遮断する。
【0129】
この場合、電動ウォーターポンプ14が作動せずに機械式ウォーターポンプ10のみが作動することになり、その際の冷却水の温度がサーモスタットバルブ7の開弁温度:Temp1未満であれば該サーモスタットバルブ7が第2冷却水路6を遮断すると同時にバイパス水路9を開放することになる。
【0130】
従って、内燃機関1が運転状態にあり且つヒータスイッチ42がオフ状態にあるときに冷却水の温度がサーモスタットバルブ7の開弁温度:Temp1未満であると、図13に示すように、機械式ウォーターポンプ10→ブロック側冷却水路2b→ヘッド側冷却水路2a→バイパス水路9→サーモスタットバルブ7→第3冷却水路8→機械式ウォーターポンプ10の順に冷却水が流れる循環回路が成立する。
【0131】
図13に示すような循環回路が成立した場合は、内燃機関1から流出した比較的低温の冷却水がラジエター5を迂回して流れることになるため、冷却水がラジエター5によって不要に冷却されないことになる。この結果、内燃機関1の暖機が妨げられることがない。
【0132】
その後、内燃機関1の暖機が完了して、冷却水の温度がサーモスタットバルブ7の開弁温度:Temp1以上になると、サーモスタットバルブ7が第2冷却水路6を開放すると同時にバイパス水路9を遮断することになる。
【0133】
従って、内燃機関1が運転状態にあり且つヒータスイッチ42がオフ状態にあるときに冷却水の温度がサーモスタットバルブ7の開弁温度:Temp1以上であると、図14に示すように、機械式ウォーターポンプ10→ブロック側冷却水路2b→ヘッド側冷却水路2a→第1冷却水路4→ラジエター5→第2冷却水路6→サーモスタットバルブ7→第3冷却水路8→機械式ウォーターポンプ10の順に冷却水が流れる循環回路が成立する。
【0134】
図14に示すような循環回路が成立した場合は、内燃機関1から流出した比較的高温の冷却水がラジエター5を流通することになるため、冷却水の熱がラジエター5において外気へ放出され、冷却水の温度が低下する。この結果、ラジエター5を通過した後の比較的低温の冷却水が内燃機関1のヘッド側冷却水路2a及びブロック側冷却水路2bへ流入することになるため、内燃機関1の熱が冷却水へ伝達され、以て内燃機関1の過熱が防止される。
【0135】
また、内燃機関1が運転状態にあり且つ冷却水の温度がサーモスタットバルブ7の開弁温度:Temp1以上であるときに、ヒータスイッチ42がオンにされると、ECU39は、電動ウォーターポンプ14を停止状態に維持すべくバッテリ43から電動ウォーターポンプ14への電圧供給を遮断しつつ、第3バイパス通路13cを遮断し且つ第1ヒータホース11aと第2ヒータホース11bを導通させるべく流路切換弁16を制御する。
【0136】
この場合、図15に示すように、前述した図14の説明で述べた循環回路と同一の循環回路が成立すると同時に、機械式ウォーターポンプ10→ブロック側冷却水路2b→ヘッド側冷却水路2a→第1冷却水路4→第1ヒータホース11a→流路切換弁16→第2ヒータホース11b→ヒータコア12→第3ヒータホース11c→第4ヒータホース11d→第3冷却水路8→機械式ウォーターポンプ10の順に冷却水が流れる循環回路が成立する。
【0137】
図15に示すような循環回路が成立した場合には、内燃機関1から流出した比較的高温の冷却水がヒータコア12へ流入することになるため、ヒータコア12において冷却水の熱が室内暖房用空気へ伝達されることになる。この結果、室内暖房用空気の温度が高められる。
【0138】
また、内燃機関1が冷間始動される場合には、ECU39は、内燃機関1の始動直前(内燃機関1のクランキングが開始される前)に、第2ヒータホース11bを遮断すべく流路切換弁16を制御するとともに、電動ウォーターポンプ14を作動させるべくバッテリ43から電動ウォーターポンプ14への電圧供給を許容する。
【0139】
この場合、第1ヒータホース11aと第3バイパス通路13cとが導通するとともに、機械式ウォーターポンプ10が作動せずに電動ウォーターポンプ14のみが作動することになる。
【0140】
従って、図16に示すように、電動ウォーターポンプ14→第2バイパス通路13b→蓄熱容器15→第3バイパス通路13c→流路切換弁16→第1ヒータホース11a→第1冷却水路4→ヘッド側冷却水路2a→ブロック側冷却水路2b→機械式ウォーターポンプ10→第3冷却水路8→第4ヒータホース11d→第1バイパス通路13a→電動ウォーターポンプ14の順に冷却水が流れる循環回路が成立する。
【0141】
図16に示すような循環回路が成立すると、電動ウォーターポンプ14から吐出された冷却水が第2バイパス通路13bを介して蓄熱容器15内へ流入し、それと入れ替わりに蓄熱容器15内に貯えられていた高温な冷却水(以下、蓄熱温水と称する)が冷却水出口15bから排出される。
【0142】
蓄熱容器15の冷却水出口15bから排出された蓄熱温水は、第3バイパス通路13c、流路切換弁16、第1ヒータホース11a、及び第1冷却水路4を介して内燃機関1のヘッド側冷却水路2aへ流入し、次いでヘッド側冷却水路2aからブロック側冷却水路2bへ流入することになる。
【0143】
このように蓄熱容器15に貯蔵されていた蓄熱温水がヘッド側冷却水路2a及びブロック側冷却水路2bへ流入すると、それと入れ替わりにヘッド側冷却水路2a内及びブロック側冷却水路2b内に元々滞留していた低温の冷却水がヘッド側冷却水路2a及びブロック側冷却水路2bから排出される。
【0144】
その際、ECU39は、内燃機関1のヘッド側冷却水路2a及びブロック側冷却水路2b内に元々滞留していた低温の冷却水が蓄熱温水と入れ替わった時点(例えば、第2水温センサ18の出力信号値が所定温度以上になった時点)で電動ウォーターポンプ14の作動を停止すべくバッテリ43から電動ウォーターポンプ14への電圧供給を遮断し、蓄熱温水がヘッド側冷却水路2a及びブロック側冷却水路2b内に滞留するようにする。
【0145】
この場合、蓄熱温水が持つ熱の略全てがシリンダヘッド1a及びシリンダブロック1bへ効率的に伝達され、シリンダヘッド1a及びシリンダブロック1bが速やかに昇温する。
【0146】
このようにシリンダヘッド1a及びシリンダブロック1bが蓄熱温水によって暖められると、吸気ポートや燃焼室の雰囲気温度が上昇するため、内燃機関1の始動時における燃料の気化が促進されるとともに圧縮端温度が高められる。
【0147】
この結果、内燃機関1において、燃料の着火性の向上、燃料の燃焼安定性の向上、壁面付着燃料量の減少等が図られることとなり、以て内燃機関1の始動性の向上、暖機運転時間の短縮、排気エミッションの向上などを図ることが可能となる。
【0148】
次に、本実施の形態における温水回収制御について述べる。
本実施の形態における冷却水循環系では、蓄熱容器15が許容する冷却水の流れ方向と機械式ウォーターポンプ10が発生する冷却水の流れ方向とが逆方向であるため、内燃機関1が運転状態にあるときに蓄熱容器15内へ高温の冷却水を回収するには、電動ウォーターポンプ14により冷却水の流れ方向を一時的に逆転させる必要がある。
【0149】
そこで、本実施の形態における温水回収制御では、ECU39は、第2ヒータホース11bを遮断すべく流路切換弁16を制御するとともに、電動ウォーターポンプ14を作動させるべくバッテリ43から電動ウォーターポンプ14への電圧供給を許容することにより、機械式ウォーターポンプ10が発生する循環流と逆方向の循環流を発生させ、以て図14又は図15の説明で述べたような冷却水の流れに抗して前述した図16の説明で述べたような冷却水の流れを成立させる。
【0150】
このように機械式ウォーターポンプ10が発生する循環流に抗して前述した図16の説明で述べたような冷却水の流れが成立すると、内燃機関1のヘッド側冷却水路2a及びブロック側冷却水路2b内の高温の冷却水は、機械式ウォーターポンプ10→第4ヒータホース11d→第1バイパス通路13a→電動ウォーターポンプ14→第2バイパス通路13bを経由して蓄熱容器15へ流入し、それと入れ替わりに蓄熱容器15内に元々滞留していた冷却水が該蓄熱容器15から排出されることになる。
【0151】
その際、単位時間当たりに蓄熱容器15内へ流入する冷却水の量(以下、容器流入水量と称する)は、電動ウォーターポンプ14によって発生される循環流の流速に応じて変化することになる。電動ウォーターポンプ14によって発生される循環流の流速は、機械式ウォーターポンプ10の作動状態、冷却水が循環する経路の状態、及び冷却水の粘性等の種々の条件に応じて変化する。
【0152】
例えば、容器流入水量は、電動ウォーターポンプ14により発生される循環流の流速が高くなるほど増加するとともに電動ウォーターポンプ14により発生される循環流の流速が低くなるほど低下する。
【0153】
また、電動ウォーターポンプ14により発生される循環流の流速は、機械式ウォーターポンプ10が単位時間当たりに吐出する冷却水の量(以下、単に吐出量と記す)が多くなるほど低下するとともに機械式ウォーターポンプ10の吐出量が少なくなるほど高くなる。
【0154】
機械式ウォーターポンプ10の吐出量は、内燃機関1の機関回転数が高くなるほど増加するとともに内燃機関1の機関回転数が低下するほど減少する。
【0155】
従って、容器流入水量は、図17に示すように、内燃機関1の機関回転数が高くなるほど減少するとともに機関回転数が低くなるほど増加することになる。
【0156】
また、機械式ウォーターポンプ10によって発生される循環流の流速は、サーモスタットバルブ7が閉弁している時に比してサーモスタットバルブ7が開弁している時の方が低くなる。
【0157】
その際、電動ウォーターポンプ14により発生される循環流の流速は、機械式ウォーターポンプ10により発生される循環流の流速が高くなるほど低下するとともに機械式ウォーターポンプ10により発生される循環流の流速が低下するほど高くなるため、サーモスタットバルブ7が閉弁している時に電動ウォーターポンプ14によって発生される循環流の流速は、サーモスタットバルブ7が開弁している時に電動ウォーターポンプ14によって発生される循環流の流速より低くなる。
【0158】
従って、容器流水量は、図18に示すように、サーモスタットバルブ7が閉弁している時に比してサーモスタットバルブ7が開弁している時の方が多くなる。
【0159】
また、機械式ウォーターポンプ10又は電動ウォーターポンプ14により発生される循環流の流速は、冷却水の粘性が高くなるほど低くなるとともに、冷却水の粘性が低くなるほど高くなる。冷却水の粘性は該冷却水の温度が高くなるほど低下するとともに該冷却水の温度が低くなるほど高くなるため、機械式ウォーターポンプ10又は電動ウォーターポンプ14により発生される循環流の流速は、冷却水の温度が高くなるほど高くなるとともに冷却水の温度が低くなるほど低くなる。
【0160】
尚、機械式ウォーターポンプ10と電動ウォーターポンプ14とは配置や構造などが相違するため、冷却水の粘性が機械式ウォーターポンプ10へ作用する度合いと冷却水の粘性が電動ウォーターポンプ14へ作用する度合いとは異なることが想定される。
【0161】
従って、冷却水の粘性が機械式ウォーターポンプ10へ作用する度合いに比して冷却水の粘性が電動ウォーターポンプ14へ作用する度合いが高い場合は、容器流水量は、図19(a)に示すように、冷却水温度が高くなるほど増加するとともに、冷却水温度が低くなるほど減少することになる。一方、冷却水の粘性が電動ウォーターポンプ14へ作用する度合いに比して冷却水の粘性が機械式ウォーターポンプ10へ作用する度合いが高い場合は、容器流水量は、図19(b)に示すように、冷却水温度が低くなるほど増加するとともに、冷却水温度が高くなるほど減少することになる。
【0162】
また、電動ウォーターポンプ14が発生する循環流の流速は、該電動ウォーターポンプ14に印加される駆動電圧の高さに応じて変化し、電動ウォーターポンプ14に印加される駆動電圧の高さはバッテリ43の出力電圧によって変化するため、電動ウォーターポンプ14が発生する循環流の流速はバッテリ43の出力電圧に応じて変化することになる。すなわち、電動ウォーターポンプ14が発生する循環流の流速は、バッテリ43の出力電圧が高くなるほど高くなるとともにバッテリ43の出力電圧が低くなるほど低くなる。
【0163】
従って、容器流入水量は、図20に示すように、バッテリ43の出力電圧が高くなるほど増加するとともに、バッテリ43の出力電圧が低くなるほど減少する。
【0164】
このように容器流入水量は、機関回転数、サーモスタットバルブ7の開閉状態、冷却水温度、及びバッテリ43の出力電圧に応じて変化するため、温水回収制御の実行時における機関回転数、サーモスタットバルブ7の開閉状態、冷却水温度、及びバッテリ43の出力電圧をパラメータとして温水回収所要時間:Tcolを特定することが可能となる。
【0165】
この結果、サーモスタットバルブ7の開閉状態、機関回転数、冷却水温度、及びバッテリ43の出力電圧をパラメータとして温水回収所要時間:Tcolを演算することが可能となるが、本実施の形態では、サーモスタットバルブ7が開弁状態にある時の機関回転数と冷却水温度とバッテリ43の出力電圧と温水回収所要時間:Tcolとの関係、及び、サーモスタットバルブ7が閉弁状態にある時の機関回転数と冷却水温度とバッテリ43の出力電圧と温水回収所要時間:Tcolとの関係を予め実験的に求めておき、それらの関係を四次元マップ化してECU39のROMなどに記憶しておくものとする。
【0166】
尚、以下では、サーモスタットバルブ7が開弁状態にある時の機関回転数と冷却水温度とバッテリ43の出力電圧と温水回収所要時間:Tcolとの関係を示すマップをサーモスタットバルブ開弁時制御マップと称し、サーモスタットバルブ7が閉弁状態にある時の機関回転数と冷却水温度とバッテリ43の出力電圧と温水回収所要時間:Tcolとの関係を示すマップをサーモスタットバルブ閉弁時制御マップと称する。
【0167】
前記したサーモスタットバルブ開弁時制御マップ及びサーモスタットバルブ閉弁時制御マップは、例えば、冷却水の粘性が機械式ウォーターポンプ10へ作用する度合いに比して冷却水の粘性が電動ウォーターポンプ14へ作用する度合いが高い場合は、機関回転数が低く且つ冷却水温度及びバッテリ43の出力電圧が高くなるほど温水回収所要時間:Tcolが短くなるとともに、機関回転数が高く且つ冷却水温度及びバッテリ43の出力電圧が低くなるほど温水回収所要時間:Tcolが長くなるよう設定される。
【0168】
一方、前記したサーモスタットバルブ開弁時制御マップ及びサーモスタットバルブ閉弁時制御マップは、例えば、冷却水の粘性が電動ウォーターポンプ14へ作用する度合いに比して冷却水の粘性が機械式ウォーターポンプ10へ作用する度合いが高い場合は、機関回転数及び冷却水温度が低く且つバッテリ43の出力電圧が高くなるほど温水回収所要時間:Tcolが短くなるとともに、機関回転数及び冷却水温度が高く且つバッテリ43の出力電圧が低くなるほど温水回収所要時間:Tcolが長くなるよう設定される。
【0169】
尚、機関回転数、冷却水温度、バッテリ43の出力電圧が同一であるときはサーモスタットバルブ開弁時制御マップの温水回収所要時間:Tcolがサーモスタットバルブ閉弁時制御マップの温水回収所要時間:Tcolより短くなるよう設定されることが好ましい。
【0170】
上記したようなサーモスタットバルブ開弁時制御マップ及びサーモスタットバルブ閉弁時制御マップがECU39のROMに記憶されている場合には、ECU39は、温水回収制御において、先ず、第1水温センサ17の出力信号値:Thw1、第2水温センサ18の出力信号値:Thw2、及びバッテリ43の出力電圧(バッテリ電圧):Vbatを読み込むとともに、内燃機関1の機関回転数を演算する。
【0171】
続いて、ECU39は、第1水温センサ17の出力信号値:Thw1がサーモスタットバルブ7の開弁温度:Temp1以上であるか否かを判別する。
【0172】
第1水温センサ17の出力信号値:Thw1がサーモスタットバルブ7の開弁温度:Temp1未満である場合には、ECU39は、サーモスタットバルブ7が閉弁状態にあるとみなし、前記出力信号値:Thw2、前記バッテリ電圧:Vbat、及び前記機関回転数をパラメータとしてサーモスタットバルブ閉弁時制御マップへアクセスする。ECU39は、前記サーモスタットバルブ閉弁時制御マップから前記出力信号値:Thw2、前記バッテリ電圧:Vbat、及び前記機関回転数に対応した温水回収所要時間:Tcolを算出する。
【0173】
一方、第1水温センサ17の出力信号値:Thw1がサーモスタットバルブの開弁温度:Temp1以上である場合には、ECU39は、サーモスタットバルブ7が開弁状態にあるとみなし、前記出力信号値:Thw2、前記バッテリ電圧:Vbat、及び前記機関回転数をパラメータとしてサーモスタットバルブ開弁時制御マップへアクセスする。ECU39は、前記サーモスタットバルブ開弁時制御マップから前記出力信号値:Thw2、前記バッテリ電圧:Vbat、及び前記機関回転数に対応した温水回収所要時間:Tcolを算出する。
【0174】
このようにして温水回収所要時間:Tcolが算出されると、ECU39は、流路切換弁16が第3バイパス通路13cを遮断した状態から第2ヒータホース11bを遮断した状態へ動作するときの作動遅れ時間(第1の作動遅れ時間):t1と、流路切換弁16が第2ヒータホース11bを遮断した状態から第3バイパス通路13cを遮断した状態へ動作するときの作動遅れ時間(第2の作動遅れ時間):t2とを用いて温水回収所要時間:Tcolを補正して、温水回収制御実行時間:T(=Tcol+t1−t2)を算出する。
【0175】
続いて、ECU39は、前述した図16の説明で述べたような循環回路を成立させるべく、電動ウォーターポンプ14及び流路切換弁16を制御する。具体的には、ECU39は、電動ウォーターポンプ14を作動させるべくバッテリ43から電動ウォーターポンプ14への電圧供給を許容するとともに、第2ヒータホース11bを遮断し且つ第1ヒータホース11aと第3バイパス通路13cとを導通させるべく流路切換弁16を制御する。
【0176】
更に、ECU39は、上記したような温水回収制御の実行開始時点からの経過時間を計測するカウンタ:Cを起動させる。
【0177】
そして、ECU39は、前記カウンタ:Cの計測時間が前記温水回収制御実行時間:Tに達した時点で温水回収制御の実行を終了する。すなわち、ECU39は、前記カウンタ:Cの計測時間が温水回収制御実行時間:Tに達した時点で、電動ウォーターポンプ14を停止させるべくバッテリ43から電動ウォーターポンプ14への電圧供給を遮断するとともに、第3バイパス通路13cを遮断すべく流路切換弁16を制御する。
【0178】
以下、本実施の形態における温水回収制御について図21に沿って具体的に説明する。
図21は、本実施の形態における温水回収制御ルーチンを示すフローチャート図である。
【0179】
温水回収制御ルーチンでは、ECU39は、先ず、S2101において、RAMに記憶されている第1水温センサ17の出力信号値:Thw1、第2水温センサ18の出力信号値:Thw2、バッテリの出力電圧(バッテリ電圧):Vbat、及び機関回転数:Neを読み込む。
【0180】
S2102では、ECU39は、温水回収条件が成立しているか否かを判別する。
【0181】
前記したS2102において温水回収条件が成立していないと判定された場合は、ECU39は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0182】
前記したS2102において温水回収条件が成立していると判定された場合は、ECU39は、S2103へ進み、前記S2101で読み込まれた出力信号値:Thw1がサーモスタットバルブ7の開弁温度:Temp1以上であるか否かを判別する。
【0183】
前記S2103において前記出力信号値:Thw1が前記開弁温度:Temp1以上であると判定された場合は、ECU39は、S2104において、ROMのサーモスタットバルブ開弁時制御マップへアクセスし、前記S2101で読み込まれた出力信号値:Thw2とバッテリ電圧:Vbatと機関回転数:Neとに対応した温水回収所要時間:Tcolを算出する。
【0184】
また、前記S2103において前記出力信号値:Thw1が前記開弁温度:Temp1未満であると判定された場合は、ECU39は、S2105において、ROMのサーモスタットバルブ閉弁時制御マップへアクセスし、前記S2101で読み込まれた出力信号値:Thw2とバッテリ電圧:Vbatと機関回転数:Neとに対応した温水回収所要時間:Tcolを算出する。
【0185】
前記S2104又は前記S2105において温水回収所要時間:Tcolを算出し終えたECU39は、S2106へ進み、前記温水回収所要時間:Tcolに第1の作動遅れ時間:t1を加算し、それにより得られた値(Tcol+t1)から第2の作動遅れ時間:t2を減算して温水回収制御実行時間:T(=Tcol−t1+t2)を算出する。
【0186】
S2107では、ECU39は、温水回収制御の実行を開始すべく電動ウォーターポンプ14及び流路切換弁16を制御する。具体的には、ECU39は、電動ウォーターポンプ14を作動させるべくバッテリ43から電動ウォーターポンプ14への電圧供給を許容するとともに、第2ヒータホース11bを遮断し且つ第1ヒータホース11aと第3バイパス通路13cとを導通させるべく流路切換弁16を制御することにより、機械式ウォーターポンプ10により発生された循環流に抗して前述した図16の説明で述べたような循環回路を成立させる。
【0187】
S2108では、ECU39は、カウンタ:Cを起動して温水回収制御実行開始時点からの経過時間を計測させる。
【0188】
S2109では、ECU39は、前記カウンタ:Cの計測時間:Cが前記S2106で算出された温水回収制御実行時間:T以上となったか否かを判別する。
【0189】
前記S2109において前記カウンタ:Cの計測時間:Cが前記温水回収制御実行時間:T未満であると判定された場合は、ECU39は、前記カウンタ:Cの計測時間:Cが前記温水回収制御実行時間:T以上となるまで、当該S2109の処理を繰り返し実行する。
【0190】
前記S2109において前記カウンタ:Cの計測時間:Cが前記温水回収制御実行時間:T以上であると判定された場合は、ECU39は、S2110へ進み、温水回収制御の実行を終了する。具体的には、ECU39は、電動ウォーターポンプ14を停止させるべくバッテリ43から電動ウォーターポンプ14への電圧供給を遮断するとともに、第3バイパス通路13cを遮断し且つ第1ヒータホース11aと第2ヒータホース11bとを導通させるべく流路切換弁16を制御する。
【0191】
そして、ECU39は、S2111においてカウンタ:Cの計測時間をリセットして本ルーチンの実行を終了する。
【0192】
このようにECU39が温水回収制御ルーチンを実行することにより、温水回収制御の実行は、実際に蓄熱容器15内の冷却水が内燃機関1からの温水と入れ替わった時点で終了されるようになる。
【0193】
この結果、蓄熱容器15内の冷却水が内燃機関1からの温水と入れ替わる前に温水回収制御の実行が終了されることがなくなるとともに、蓄熱容器15内の冷却水が内燃機関1からの温水と入れ替わった後も温水回収制御の実行が継続されることもなくなる。
【0194】
従って、本実施の形態に係る蓄熱装置を備えた内燃機関によれば、所望の目標回収温度以上の温水を蓄熱容器15内へ確実に回収することが可能となる。
【0195】
尚、本実施の形態では、内燃機関1の運転時に温水回収制御を実行する例について述べたが、内燃機関1の運転が停止された直後に温水回収制御を実行するようにしてもよい。その場合、温水回収所要時間:Tcolは、冷却水の温度とバッテリ43の出力電圧とをパラメータとして決定されるようにすればよい。
【0196】
【発明の効果】
本発明に係る蓄熱装置を備えた内燃機関によれば、循環回路内の高温の熱媒体を蓄熱容器へ回収する場合に、蓄熱容器へ単位時間当たりに流入する熱媒体の量と相関のある機関回転数をパラメータとして回収所要時間が決定されるため、蓄熱容器内の熱媒体が循環回路内の高温の熱媒体と入れ替わる前に回収処理が終了することがなくなるとともに、蓄熱容器内の熱媒体が循環回路内の高温の熱媒体と入れ替わった後も回収処理が継続されることがない。この結果、循環回路内の熱媒体が持つ熱を効率的に蓄熱容器に蓄えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態における内燃機関の冷却水循環系を示す図
【図2】内燃機関が冷間状態で運転されているときの冷却水の流れを示す図
【図3】内燃機関の暖機完了後における冷却水の流れを示す図
【図4】内燃機関の暖機完了後においてヒータスイッチがオン状態にあるときの冷却水の流れを示す図
【図5】蓄熱温水により内燃機関を暖めるときの冷却水の流れを示す図
【図6】蓄熱容器内に高温の冷却水を回収するときの冷却水の流れを示す図(1)
【図7】蓄熱容器内に高温の冷却水を回収するときの冷却水の流れを示す図(2)
【図8】容器流入水量と機関回転数との関係を示す図
【図9】容器流入水量とサーモスタットバルブの開閉状態と機関回転数との関係を示す図
【図10】容器流入水量と冷却水温度と機関回転数との関係を示す図
【図11】第1の実施の形態における温水回収制御ルーチンを示すフローチャート図
【図12】第2の実施の形態における内燃機関の冷却水循環系を示す図
【図13】内燃機関が冷間状態で運転されているときの冷却水の流れを示す図
【図14】内燃機関の暖機完了後における冷却水の流れを示す図
【図15】内燃機関の暖機完了後においてヒータスイッチがオン状態にあるときの冷却水の流れを示す図
【図16】蓄熱温水により内燃機関を暖める時及び蓄熱容器へ高温の冷却水を回収するときの冷却水の流れを示す図
【図17】容器流入水量と機関回転数との関係を示す図
【図18】容器流入水量とサーモスタットバルブの開閉状態と機関回転数との関係を示す図
【図19】(a)容器流入水量と冷却水温度と機関回転数との関係を示す図(1)
(b)容器流入水量と冷却水温度と機関回転数との関係を示す図(2)
【図20】容器流入水量とバッテリ電圧と機関回転数との関係を示す図
【図21】第2の実施の形態における温水回収制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
1・・・・内燃機関
1a・・・シリンダヘッド
1b・・・シリンダブロック
2a・・・ヘッド側冷却水路
2b・・・ブロック側冷却水路
5・・・・ラジエター
10・・・機械式ウォータポンプ
12・・・ヒータコア
14・・・電動ウォーターポンプ
15・・・蓄熱容器
16・・・流路切換弁
39・・・ECU
43・・・バッテリ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine mounted on an automobile or the like, and more particularly, to an internal combustion engine provided with a heat storage device capable of storing a heat medium such as cooling water in a heat storage state.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, an internal combustion engine equipped with a heat storage device has been proposed for an internal combustion engine mounted on an automobile or the like for the purpose of improving cold startability, combustion stability, exhaust emission, indoor heating performance, and the like.
[0003]
As an internal combustion engine provided with such a heat storage device, for example, a cooling device for an internal combustion engine as disclosed in JP-A-2001-132448 is disclosed. The cooling device for an internal combustion engine described in the above-mentioned publication includes an insulated container that stores cooling water of a water-cooled internal combustion engine in an insulated state, and a hot water pump that supplies hot water in the insulated container to the internal combustion engine. By operating the hot water pump for a predetermined time at the time of starting, the low-temperature cooling water originally staying in the internal combustion engine is replaced with the hot water stored in the heat retaining container.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in an internal combustion engine provided with a heat storage device, it is also important to efficiently collect the cooling water, which has become hot during operation of the internal combustion engine, in a heat retaining container. That is, since the flow rate and / or flow rate of the cooling water changes according to the operating state of the pump, the state of the path in which the cooling water circulates, or the temperature of the cooling water, it is necessary to perform the hot water recovery processing according to these various conditions. Is required.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has as its object to provide a technology capable of efficiently storing high-temperature cooling water in a heat storage device in an internal combustion engine including the heat storage device. I do.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems. That is, the internal combustion engine provided with the heat storage device according to the present invention,
A circulation circuit in which the heat medium circulates via the internal combustion engine;
A pump mechanism that generates a circulating flow of the heat medium using the rotational force of the internal combustion engine,
A heat storage container that stores a part of the heat medium in the circulation circuit in a heat storage state,
When recovering the heat medium in the circulation circuit to the heat storage container, calculating means for calculating the required recovery time based on the engine speed of the internal combustion engine,
A recovery unit that performs a recovery process of the heat medium according to the required recovery time calculated by the arithmetic unit,
It is characterized by having.
[0007]
The present invention relates to a circulation circuit in which a heat medium circulates via an internal combustion engine, a pump mechanism for generating a circulating flow of the heat medium in the circulation circuit by using the rotational force of the internal combustion engine, and a heat medium in the circulation circuit. When a high-temperature heat medium in the circulation circuit is recovered to the heat storage container in an internal combustion engine having a heat storage container that stores part of the heat in a heat storage state, the recovery required is determined according to the engine speed of the internal combustion engine. The biggest feature is that collection processing is performed according to time.
[0008]
In order to suitably store the heat of the heat medium in the circulation circuit in the heat storage container, the heat medium originally stored in the heat storage container is discharged from the heat storage container, and at the same time, the high-temperature heat medium in the circulation circuit is stored in the heat storage container. It is necessary to perform a process of filling, in other words, a process of replacing the heat medium in the heat storage container with a high-temperature heat medium in the circulation circuit.
[0009]
The time required for the replacement process as described above depends on the capacity of the heat storage container and the amount of the heat medium flowing into the heat storage container per unit time (or the amount of the heat medium flowing out of the heat storage container per unit time). Is determined. At this time, if the capacity of the heat storage container does not change, the time required for the replacement process is specified according to the amount of the heat medium flowing into the heat storage container per unit time.
[0010]
Since the amount of heat medium flowing into the heat storage container per unit time changes according to the speed of the circulating flow generated by the pump mechanism, and the speed of the circulating flow generated by the pump mechanism changes according to the engine speed of the internal combustion engine. The amount of the heat medium flowing into the heat storage container per unit time is specified according to the engine speed of the internal combustion engine.
[0011]
Therefore, the time required for the above-described replacement process, that is, the required recovery time, is specified according to the engine speed of the internal combustion engine.
[0012]
Therefore, in the internal combustion engine equipped with the heat storage device according to the present invention, when recovering the high-temperature heat medium in the circulation circuit to the heat storage container, the calculating means calculates the required recovery time using the engine speed as a parameter, and the calculating means The collection means executes the collection process according to the calculated required collection time.
[0013]
In this case, the process of recovering the heat medium into the heat storage container is performed according to the amount of the heat medium flowing into the heat storage container per unit time. The recovery process does not end before the medium is replaced, and the recovery process does not continue even after the heat medium in the heat storage container is replaced with a high-temperature heat medium in the circulation circuit.
[0014]
In the internal combustion engine provided with the heat storage device according to the present invention, the circulation circuit includes a cooling mechanism that cools the heat medium, a bypass passage that bypasses the cooling mechanism, and a flow path switching valve that shuts off the cooling mechanism or the bypass passage. May be provided.
[0015]
In this case, since the pressure loss of the heat medium due to the cooling mechanism is different from the pressure loss of the heat medium due to the bypass passage, the flow velocity of the heat medium is different between when the heat medium flows through the cooling mechanism and when the heat medium flows through the bypass passage. Accordingly, the amount of the heat medium flowing into the heat storage container per unit time varies accordingly.
[0016]
Therefore, the calculation means preferably calculates the required recovery time based on the engine speed of the internal combustion engine and the state of the flow path switching valve.
[0017]
Further, the internal combustion engine provided with the heat storage device according to the present invention further includes temperature detection means for detecting the temperature of the heat medium in the circulation circuit, and the operation means detects the engine speed and the heat medium detected by the temperature detection means. The required recovery time may be calculated based on the temperature.
[0018]
This is based on the assumption that a heat medium having a different viscosity depending on the temperature is used as the heat medium according to the present invention.
[0019]
For example, when a heat medium whose viscosity decreases as the temperature increases is used as the heat medium according to the present invention, the amount of the heat medium flowing into the heat storage container per unit time decreases as the temperature of the heat medium decreases. At the same time, as the temperature of the heat medium increases, the amount of the heat medium flowing into the heat storage container per unit time increases.
[0020]
In such a case, the recovery time may be set shorter as the temperature of the heat medium increases, and the recovery time may be set longer as the temperature of the heat medium decreases.
[0021]
The internal combustion engine including the heat storage device according to the present invention further includes an electric water pump that generates a flow of a heat medium from the circulation circuit to the heat storage container when a voltage from the battery is applied, and the arithmetic unit includes: Alternatively, the required recovery time may be calculated based on the engine speed of the internal combustion engine and the voltage of the battery.
[0022]
This assumes a configuration including an electric water pump that generates a flow of a heat medium independently of the pump mechanism, and the output of the electric water pump (the discharge amount of the electric water pump) depends on the battery voltage. This is because if the output changes, and the output of the electric water pump changes, the amount of the heat medium flowing into the heat storage container per unit time changes.
[0023]
When the flow direction of the heat medium generated by the pump mechanism and the flow direction of the heat medium generated by the electric water pump are the same, if the engine speed is higher and the battery voltage is higher, the unit is transferred into the heat storage container. The amount of the heat medium flowing into the heat storage container per unit time decreases as the amount of the heat medium flowing in per unit time increases and the engine speed decreases and the battery voltage decreases.
[0024]
Therefore, when the flow direction of the heat medium generated by the pump mechanism and the flow direction of the heat medium generated by the electric water pump are in the same direction, the required recovery time increases as the engine speed and the battery voltage increase. What is necessary is just to set it so that it may be set short, and the required recovery time may be set longer as the engine speed is lower and the battery voltage is lower.
[0025]
On the other hand, when the flow direction of the heat medium generated by the pump mechanism and the flow direction of the heat medium generated by the electric water pump are opposite to each other, the lower the engine speed and the higher the battery voltage, the more the unit is stored in the heat storage container. The amount of heat medium flowing per unit time increases, and the higher the engine speed and the lower the battery voltage, the smaller the amount of heat medium flowing into the heat storage container per unit time.
[0026]
Therefore, when the flow direction of the heat medium generated by the pump mechanism and the flow direction of the heat medium generated by the electric water pump are opposite to each other, the shorter the engine speed and the higher the battery voltage, the longer the required recovery time. The recovery time may be set to be shorter, and the recovery time may be set longer as the engine speed is higher and the battery voltage is lower.
[0027]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of an internal combustion engine including a heat storage device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0028]
<Embodiment 1>
First, a first embodiment of an internal combustion engine provided with a heat storage device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0029]
FIG. 1 is a diagram showing a cooling water circulation system of an internal combustion engine to which the present invention is applied.
The internal combustion engine 1 is a compression ignition type internal combustion engine (diesel engine) using light oil as fuel or a spark ignition type internal combustion engine (gasoline engine) using gasoline as fuel, and is an engine mounted on an automobile.
[0030]
The internal combustion engine 1 includes a cylinder head 1a and a cylinder block 1b. In each of the cylinder head 1a and the cylinder block 1b, a head-side cooling water passage 2a and a block-side cooling water passage 2b for flowing cooling water as a heat medium according to the present invention are formed. The block side cooling water passage 2b communicates with each other.
[0031]
A first cooling water passage 4 is connected to the head-side cooling water passage 2 a, and the first cooling water passage 4 is connected to a cooling water inlet of a radiator 5. The cooling water outlet of the radiator 5 is connected to a thermostat valve 7 via a second cooling water passage 6.
[0032]
A third cooling water passage 8 and a bypass water passage 9 are connected to the thermostat valve 7 in addition to the second cooling water passage 6. The third cooling water passage 8 is connected to a suction port of a mechanical water pump 10 driven by rotational torque of an engine output shaft (crankshaft) of the internal combustion engine 1, and the bypass water passage 9 is connected to the head-side cooling water passage 2a. It is connected to the.
[0033]
The mechanical water pump 10 corresponds to a pump mechanism according to the present invention, and the block-side cooling water passage 2b is connected to a discharge port of the mechanical water pump 10.
[0034]
Here, the radiator 5 is a heat exchanger that exchanges heat between cooling water flowing through the radiator 5 and the outside air, and corresponds to a cooling mechanism according to the present invention.
[0035]
The thermostat valve 7 is a flow path switching valve that shuts off one of the second cooling water passage 6 and the bypass water passage 9 according to the temperature of the cooling water. Specifically, the thermostat valve 7 shuts off the second cooling water passage 6 when the temperature of the cooling water flowing through the thermostat valve 7 is lower than a predetermined valve opening temperature: Temp1 (for example, 80 ° C. to 90 ° C.). At the same time, the bypass water passage 9 is opened to make the third cooling water passage 8 and the bypass water passage 9 conductive. When the temperature of the cooling water flowing through the thermostat valve 7 is equal to or higher than the valve opening temperature: Temp1, the thermostat valve 7 opens the second cooling water passage 6 and simultaneously shuts off the bypass water passage 9 to form the third cooling water passage. 8 and the second cooling water passage 6. Thus, the thermostat valve 7 corresponds to the flow path switching valve according to the present invention.
[0036]
Next, a heater hose 11 is connected in the middle of the first cooling water passage 4, and the heater hose 11 is connected in a middle of the third cooling water passage 8. In the middle of the heater hose 11, a heater core 12 for exchanging heat between cooling water and air for indoor heating is arranged.
[0037]
A first bypass passage 13a is connected in the middle of the heater hose 11 located between the heater core 12 and the third cooling water passage 8. The first bypass passage 13a is connected to a cooling water outlet 15b of the heat storage container 15.
[0038]
The heat storage container 15 is a container for storing the cooling water while storing the heat of the cooling water. When new cooling water flows in from the cooling water inlet 15a, the cooling water is stored in the heat storage container 15 instead. The cooling water is configured to be discharged from the cooling water outlet 15b. Note that a one-way valve for preventing the backflow of the cooling water may be attached to each of the cooling water inlet 15a and the cooling water outlet 15b of the heat storage container 15.
[0039]
A second bypass passage 13 b is connected to the cooling water inlet 15 a of the heat storage container 15, and the second bypass passage 13 b is connected to a cooling water discharge port of the electric water pump 14.
[0040]
The electric water pump 14 is a water pump that uses the output voltage of the battery 43 as a drive source, and is configured to discharge the cooling water sucked from the cooling water suction port from the cooling water discharge port.
[0041]
The cooling water suction port of the electric water pump 14 is connected to the heater hose 11 located between the heater core 12 and the first cooling water passage 4 via a third bypass passage 13c.
[0042]
In the heater hose 11 located between the heater core 12 and the first cooling water passage 4, a portion on the first cooling water passage 4 side with respect to a connection portion of the third bypass passage 13c is referred to as a first heater hose 11a. The portion on the heater core 12 side is referred to as a second heater hose 11b. Further, in the heater hose 11 located between the heater core 12 and the third cooling water passage 8, a portion on the heater core 12 side with respect to a connection portion of the first bypass passage 13a is referred to as a third heater hose 11c, and The portion on the cooling water channel 8 side is referred to as a fourth heater hose 11d.
[0043]
A flow path switching valve 16 is provided at a connection between the first heater hose 11a, the second heater hose 11b, and the third bypass passage 13c. The passage switching valve 16 is configured to selectively shut off any one of the three passages, and is driven by an actuator such as a step motor.
[0044]
Further, a first water temperature sensor 17 that outputs an electric signal corresponding to the temperature of the cooling water flowing in the third cooling water passage 8 is attached near the mechanical water pump 10 in the third cooling water passage 8. A second water temperature sensor 18 that outputs an electric signal corresponding to the temperature of the cooling water flowing in the first cooling water passage 4 is attached near the connection portion of the first cooling water passage 4 with the head-side cooling water passage 2a. I have.
[0045]
An electronic control unit (ECU: Electronic Control Unit) 39 for controlling the operation state of the cooling water circulation system is provided in the cooling water circulation system configured as described above. The ECU 39 is an arithmetic and logic operation circuit including a CPU, a ROM, a RAM, a backup RAM, an input port, an output port, an A / D converter, and the like. The ECU 39 may be provided independently of the ECU for controlling the operating state of the internal combustion engine 1, or may be used in combination.
[0046]
The ECU 39 includes an ignition switch 40, a starter switch 41, and a switch (heater switch) 42 of an indoor heating device provided in the vehicle compartment, in addition to the first water temperature sensor 17, the second water temperature sensor 18, and the battery 43 described above. Are electrically connected, and output signals of these various sensors are input to the ECU 39.
[0047]
Further, the ECU 39 is electrically connected to the electric water pump 14 and the flow path switching valve 16 described above, so that the ECU 39 can control the electric water pump 14 and the flow path switching valve 16.
[0048]
Specifically, the ECU 39 operates according to an application program stored in the ROM, and executes a cooling water flow switching control for switching a flow of the cooling water in the cooling water circulation system.
[0049]
Hereinafter, the cooling water flow switching control according to the present embodiment will be described.
First, when the internal combustion engine 1 is in the operating state, the mechanical water pump 10 operates by receiving the rotational torque of the crankshaft. On the other hand, the ECU 39 controls the flow path switching valve 16 to shut off the second heater hose 11b, and shuts off the voltage supply from the battery 43 to the electric water pump 14 so as to stop the electric water pump 14. .
[0050]
In this case, only the mechanical water pump 10 is operated without operating the electric water pump 14, and if the temperature of the cooling water at this time is lower than the opening temperature of the thermostat valve 7: Temp1, the thermostat valve 7 Cuts off the second cooling water passage 6 and opens the bypass water passage 9 at the same time.
[0051]
Therefore, when the internal combustion engine 1 is operating and the temperature of the cooling water is lower than the opening temperature of the thermostat valve 7: Temp1, as shown in FIG. 2, the mechanical water pump 10 → the block-side cooling water passage 2b A circulation circuit in which cooling water flows in the order of the head-side cooling water passage 2a, the bypass water passage 9, the thermostat valve 7, the third cooling water passage 8, and the mechanical water pump 10 is established.
[0052]
When the circulation circuit as shown in FIG. 2 is established, the relatively low-temperature cooling water flowing out of the internal combustion engine 1 flows around the radiator 5, so that the cooling water is not unnecessarily cooled by the radiator 5. become. As a result, the warm-up of the internal combustion engine 1 is not hindered.
[0053]
Thereafter, when the warm-up of the internal combustion engine 1 is completed and the temperature of the cooling water becomes equal to or higher than the opening temperature of the thermostat valve 7: Temp1, the thermostat valve 7 opens the second cooling water channel 6 and simultaneously shuts off the bypass water channel 9. Will be.
[0054]
In this case, as shown in FIG. 3, the mechanical water pump 10 → block side cooling water passage 2b → head side cooling water passage 2a → first cooling water passage 4 → radiator 5 → second cooling water passage 6 → thermostat valve 7 → third cooling. A circulation circuit through which the cooling water flows in the order of the water channel 8 → the mechanical water pump 10 is established.
[0055]
When the circulation circuit shown in FIG. 3 is established, the relatively high-temperature cooling water flowing out of the internal combustion engine 1 flows through the radiator 5, so that the heat of the cooling water is released to the outside air at the radiator 5, The temperature of the cooling water drops. As a result, since the relatively low-temperature cooling water after passing through the radiator 5 flows into the head-side cooling water passage 2a and the block-side cooling water passage 2b of the internal combustion engine 1, the heat of the internal combustion engine 1 is transmitted to the cooling water. Thus, overheating of the internal combustion engine 1 is prevented.
[0056]
When the heater switch 42 is turned on when the internal combustion engine 1 is in the operating state and the temperature of the cooling water is equal to or higher than the opening temperature of the thermostat valve 7: Temp1, the ECU 39 stops the electric water pump 14. While maintaining the state, the flow path switching valve 16 is controlled so as to shut off the third bypass passage 13c and to conduct the first heater hose 11a and the second heater hose 11b.
[0057]
In this case, as shown in FIG. 4, the same circulation circuit as the circulation circuit described in the description of FIG. 3 described above is established, and at the same time, the mechanical water pump 10 → the block side cooling water path 2b → the head side cooling water path 2a → the 1 cooling water passage 4 → first heater hose 11a → flow passage switching valve 16 → second heater hose 11b → heater core 12 → third heater hose 11c → fourth heater hose 11d → third cooling water passage 8 → mechanical water pump 10 A circulation circuit in which cooling water flows in order is established.
[0058]
When the circulation circuit as shown in FIG. 4 is established, the relatively high-temperature cooling water flowing out of the internal combustion engine 1 flows into the heater core 12, and the heat of the cooling water in the heater core 12 is changed to the room heating air. Will be transmitted to As a result, the temperature of the room heating air is increased.
[0059]
By the way, when the internal combustion engine 1 is cold started, the temperature of the intake port wall surface and the combustion chamber wall surface becomes low, so that the fuel injected from the fuel injection valve is not easily vaporized. Therefore, the fuel injected from the fuel injection valve easily adheres to the intake port wall surface and the combustion chamber wall surface, and it is difficult to form a highly flammable air-fuel mixture. Furthermore, when the internal combustion engine 1 is in a cold state, the temperature in the cylinder (combustion chamber) at the top dead center of the compression stroke (the so-called compression end temperature) is also low, so that the fuel is unlikely to ignite and burn.
[0060]
In the internal combustion engine 1, when it is difficult to form a highly flammable air-fuel mixture and it is difficult to ignite and burn the fuel, the startability is reduced, the combustion stability is reduced, or the emission of unburned fuel components is increased, and the exhaust emission is deteriorated. Etc. are induced.
[0061]
Therefore, in the cooling water flow switching control in the present embodiment, the ECU 39 switches the flow path to shut off the second heater hose 11b immediately before the start of the internal combustion engine 1 (before the cranking of the internal combustion engine 1 is started). The voltage supply from the battery 43 to the electric water pump 14 is allowed to control the valve 16 and operate the electric water pump 14.
[0062]
In this case, since the first heater hose 11a and the third bypass passage 13c are electrically connected and only the electric water pump 14 is operated without operating the mechanical water pump 10, the electric water pump as shown in FIG. 14 → second bypass passage 13b → heat storage container 15 → first bypass passage 13a → fourth heater hose 11d → third cooling water passage 8 → mechanical water pump 10 → block side cooling water passage 2b → head side cooling water passage 2a → first A circulation circuit through which the cooling water flows in the order of the cooling water passage 4 → the first heater hose 11a → the flow path switching valve 16 → the third bypass passage 13c → the electric water pump 14 is established.
[0063]
When the circulation circuit as shown in FIG. 5 is established, the cooling water discharged from the electric water pump 14 flows into the heat storage container 15 via the second bypass passage 13b, and is stored in the heat storage container 15 instead of the cooling water. The high-temperature cooling water (hereinafter, referred to as heat storage hot water) is discharged from the cooling water outlet 15b.
[0064]
The heat storage hot water discharged from the cooling water outlet 15b of the heat storage container 15 cools the block side of the internal combustion engine 1 via the first bypass passage 13a, the fourth heater hose 11d, the third cooling water passage 8, and the mechanical water pump 10. The water flows into the water channel 2b, and then flows from the block-side cooling water channel 2b to the head-side cooling water channel 2a.
[0065]
As described above, when the heat storage hot water stored in the heat storage container 15 flows into the head-side cooling water passage 2a and the block-side cooling water passage 2b, it is originally retained in the head-side cooling water passage 2a and the block-side cooling water passage 2b instead. The low-temperature cooling water is discharged from the head-side cooling water passage 2a and the block-side cooling water passage 2b.
[0066]
At this time, the ECU 39 determines when the low-temperature cooling water originally staying in the head-side cooling water passage 2a and the block-side cooling water passage 2b of the internal combustion engine 1 is replaced with the heat storage hot water (for example, the output signal of the second water temperature sensor 18). The operation of the electric water pump 14 is stopped at the time when the value becomes equal to or higher than the predetermined temperature), so that the heat storage hot water stays in the head-side cooling water passage 2a and the block-side cooling water passage 2b.
[0067]
In this case, substantially all of the heat of the heat storage hot water is efficiently transmitted to the cylinder head 1a and the cylinder block 1b, and the temperature of the cylinder head 1a and the cylinder block 1b quickly rises.
[0068]
When the cylinder head 1a and the cylinder block 1b are heated by the heat storage hot water, the atmospheric temperature of the intake port and the combustion chamber rises, so that the fuel vaporization at the start of the internal combustion engine 1 is promoted and the compression end temperature is reduced. Enhanced.
[0069]
As a result, in the internal combustion engine 1, the ignitability of the fuel, the combustion stability of the fuel, the amount of fuel adhering to the wall surface, and the like are improved, thereby improving the startability of the internal combustion engine 1 and the warm-up operation. It is possible to shorten the time and improve the exhaust emission.
[0070]
In order to effectively heat the internal combustion engine 1 using the heat storage hot water as described above, it is necessary to store high-temperature cooling water in the heat storage container 15. Therefore, when the temperature of the cooling water circulating in the head-side cooling water passage 2a and the block-side cooling water passage 2b becomes equal to or higher than a desired temperature, the ECU 39 determines that the high-temperature flowing in the head-side cooling water passage 2a and the block-side cooling water passage 2b The hot water recovery control is executed to recover the cooling water (hereinafter, simply referred to as hot water) in the heat storage container 15.
[0071]
In the hot water recovery control, when the internal combustion engine 1 is in operation, the ECU 39 outputs an output signal value of the second water temperature sensor 18 (the temperature of the cooling water discharged from the head-side cooling water passage 2a and the block-side cooling water passage 2b): Monitor Thw2.
[0072]
When the output signal value Thw2 of the second water temperature sensor 18 becomes equal to or higher than a desired target recovery temperature, the ECU 39 controls the flow path switching valve 16 to shut off the second heater hose 11b and stops the electric water pump 14. The supply of voltage from the battery 43 to the electric water pump 14 is interrupted.
[0073]
The target recovery temperature may be a fixed value set in advance, or the maximum temperature of the cooling water is learned from the history of the output signal value of the second water temperature sensor 18: Thw2, and the target temperature is calculated based on the maximum temperature. The temperature may be set lower by a predetermined temperature.
[0074]
As described above, when the ECU 39 controls the flow path switching valve 16 to shut off the second heater hose 11b and shuts off the voltage supply from the battery 43 to the electric water pump 14 to stop the electric water pump 14 In this case, the first heater hose 11a and the third bypass passage 13c are electrically connected, and the mechanical water pump 10 is operated without operating the electric water pump 14. Further, at this time, if the temperature of the cooling water flowing through the thermostat valve 7 (the output signal value of the first water temperature sensor 17: Thw1) is lower than the valve opening temperature: Temp1, the thermostat valve 7 shuts off the second cooling water passage 6. In addition, the third cooling water passage 8 and the bypass water passage 9 are conducted.
[0075]
As a result, as shown in FIG. 6, the cooling is performed in the order of the mechanical water pump 10, the block-side cooling water passage 2b, the head-side cooling water passage 2a, the bypass water passage 9, the thermostat valve 7, the third cooling water passage 8, and the mechanical water pump 10. At the same time that the first circulation circuit through which water flows is established, the mechanical water pump 10 → the block side cooling water path 2b → the head side cooling water path 2a → the first cooling water path 4 → the first heater hose 11a → the flow path switching valve 16 → the second. The cooling water flows in the order of the third bypass passage 13c → the electric water pump 14 → the second bypass passage 13b → the heat storage container 15 → the first bypass passage 13a → the fourth heater hose 11d → the third cooling water passage 8 → the mechanical water pump 10. 2 is established.
[0076]
When the above-described second circulation circuit is established, the high-temperature cooling water flowing through the head-side cooling water passage 2a and the block-side cooling water passage 2b is supplied to the first cooling water passage 4, the first heater hose 11a, the flow passage switching valve 16 and the like. , And flows into the heat storage container 15 via the third bypass passage 13c, the electric water pump 14, and the second bypass passage 13b.
[0077]
When the high-temperature cooling water from the internal combustion engine 1 flows into the heat storage container 15 as described above, the cooling water originally staying in the heat storage container 15 is discharged from the heat storage container 15 instead.
[0078]
On the other hand, when collecting the high-temperature cooling water in the heat storage container 15, if the temperature of the cooling water flowing through the thermostat valve 7 (the output signal value of the first water temperature sensor 17: Thw1) is equal to or higher than the valve opening temperature: Temp1. The thermostat valve 7 shuts off the bypass water passage 9 and makes the second cooling water passage 6 and the third cooling water passage 8 conductive.
[0079]
In this case, as shown in FIG. 7, the mechanical water pump 10 → block side cooling water passage 2b → head side cooling water passage 2a → first cooling water passage 4 → radiator 5 → second cooling water passage 6 → thermostat valve 7 → third cooling. At the same time as establishing a third circulation circuit through which cooling water flows in the order of the water channel 8 → the mechanical water pump 10, the mechanical water pump 10 → the block side cooling water channel 2b → the head side cooling water channel 2a → the first cooling water channel 4 → the first. Heater hose 11a → flow path switching valve 16 → third bypass passage 13c → electric water pump 14 → second bypass passage 13b → heat storage container 15 → first bypass passage 13a → fourth heater hose 11d → third cooling water passage 8 → machine A second circulation circuit through which the cooling water flows in the order of the water pump 10 is established.
[0080]
When the above-described second circulation circuit is established, the high-temperature cooling water flowing through the head-side cooling water passage 2a and the block-side cooling water passage 2b is supplied to the first cooling water passage 4, the first heater hose 11a, the flow passage switching valve 16 and the like. , And flows into the heat storage container 15 via the third bypass passage 13c, the electric water pump 14, and the second bypass passage 13b.
[0081]
When the high-temperature cooling water from the internal combustion engine 1 flows into the heat storage container 15 as described above, the cooling water originally staying in the heat storage container 15 is discharged from the heat storage container 15 instead.
[0082]
By the way, it is preferable that the execution of the above-mentioned hot water recovery control is terminated when the cooling water in the heat storage container 15 is replaced with the hot water from the internal combustion engine 1.
[0083]
This is because if the execution of the hot water recovery control is completed before the cooling water in the heat storage container 15 is replaced with the hot water from the internal combustion engine 1, it becomes impossible to store a desired amount of heat in the heat storage container 15. If the hot water collection control is continuously performed even after the cooling water in the heat storage container 15 is replaced with the hot water from the internal combustion engine 1, the hot water once collected in the heat storage container 15 is discharged from the heat storage container 15 again. This is because there is a possibility that a desired amount of heat cannot be stored in the heat storage container 15.
[0084]
Here, since the amount of cooling water that can be stored in the heat storage container 15 is constant, the amount of cooling water flowing into the heat storage container 15 per unit time during execution of the hot water recovery control (hereinafter, referred to as the container inflow water amount) ), The time required for collecting the hot water in the heat storage container 15 (hereinafter, the time required for collecting the hot water: Tcol) can be uniquely specified. That is, the required time of hot water recovery: Tcol decreases as the amount of water flowing into the container increases, and the time required to recover hot water: Tcol increases as the amount of water flowing into the container decreases.
[0085]
The amount of cooling water flowing into the heat storage container 15 per unit time (hereinafter, referred to as the amount of water flowing into the container) depends on the operating state of the mechanical water pump 10, the state of the path in which the cooling water circulates, or the viscosity of the cooling water. It changes according to various conditions such as.
[0086]
For example, since the mechanical water pump 10 operates using the rotational torque of the crankshaft of the internal combustion engine 1, as shown in FIG. 8, the higher the engine speed, the more the mechanical water pump 10 discharges per unit time. The amount of cooling water increases, and the amount of water flowing into the container increases accordingly.
[0087]
When the thermostat valve 7 shuts off the second cooling water passage 6 and opens the bypass water passage 9 (when the thermostat valve 7 is closed), the cooling water flows through the bypass water passage 9 without flowing through the radiator 5. When the thermostat valve 7 opens the second cooling water passage 6 and shuts off the bypass water passage 9 (when the thermostat valve 7 is opened), the cooling water flows through the radiator 5 without flowing through the bypass water passage 9. It will flow. At that time, if the pressure loss of the cooling water due to the radiator 5 is larger than the pressure loss of the cooling water due to the bypass water passage 9, the flow rate of the cooling water when the cooling water flows through the radiator 5 becomes smaller when the cooling water flows through the bypass water passage 9. It is lower than that.
[0088]
Therefore, as shown in FIG. 9, the amount of water flowing into the container when the thermostat valve 7 is open is smaller than when the thermostat valve 7 is closed.
[0089]
Further, since the viscosity of the cooling water decreases as the temperature of the cooling water increases, the flow rate of the cooling water tends to increase as the temperature of the cooling water increases. For this reason, as shown in FIG. 10, the container inflow water amount increases as the temperature of the cooling water increases, and decreases as the temperature of the cooling water decreases.
[0090]
As described above, the amount of water flowing into the container changes according to the engine speed, the open / closed state of the thermostat valve 7, and the coolant temperature. Therefore, the engine speed, the open / closed state of the thermostat valve 7, and the cooling during the execution of the hot water recovery control. Using the water temperature as a parameter, the time required for hot water recovery: Tcol can be specified.
[0091]
Therefore, it is possible to calculate the required hot water recovery time: Tcol using the open / close state of the thermostat valve 7, the engine speed, and the coolant temperature as parameters, but in the present embodiment, the thermostat valve 7 is opened. The relationship between the engine speed, cooling water temperature and hot water recovery time: Tcol at a certain time, and the relationship between the engine speed, cooling water temperature and hot water recovery time: Tcol when the thermostat valve 7 is closed. The relationship is experimentally obtained in advance, and the relationship is formed into a three-dimensional map and stored in the ROM of the ECU 39 or the like.
[0092]
In the following, a map showing the relationship between the engine speed, cooling water temperature, and hot water recovery time: Tcol when the thermostat valve 7 is in the open state is referred to as a thermostat valve opening control map. Is a thermostat valve closing control map showing the relationship between the engine speed, cooling water temperature, and hot water recovery time: Tcol when the valve is closed.
[0093]
The above-described control map when the thermostat valve is opened and the control map when the thermostat valve is closed, for example, indicate that as the engine speed and the coolant temperature increase, the hot water recovery time: Tcol decreases and the engine speed and the coolant temperature decrease. The required hot water recovery time: Tcol is set to be longer, and when the engine speed and the cooling water temperature are the same, the required hot water recovery time in the control map when the thermostat valve is open: Tcol is the control when the thermostat valve is closed. Hot water recovery time on the map: set to be longer than Tcol.
[0094]
When the thermostat valve opening control map and the thermostat valve closing control map as described above are stored in the ROM of the ECU 39, the ECU 39 first outputs the output signal of the first water temperature sensor 17 in the hot water recovery control. The value: Thw1 and the output signal value: Thw2 of the second water temperature sensor 18 are read, and the engine speed of the internal combustion engine 1 is calculated.
[0095]
Subsequently, the ECU 39 determines whether or not the output signal value Thw1 of the first water temperature sensor 17 is equal to or higher than the opening temperature of the thermostat valve 7 Temp1.
[0096]
When the output signal value Thw1 of the first water temperature sensor 17 is lower than the opening temperature of the thermostat valve 7: Temp1, the ECU 39 considers that the thermostat valve 7 is in a closed state, and the output signal values Thw2 and Thw2. The thermostat valve closing control map is accessed using the engine speed as a parameter. The ECU 39 calculates the output signal value: Thw2 and the required hot water recovery time: Tcol corresponding to the engine speed from the control map when the thermostat valve is closed.
[0097]
When the output signal value Thw1 of the first water temperature sensor 17 is equal to or higher than the opening temperature of the thermostat valve Temp1, the ECU 39 considers that the thermostat valve 7 is in an open state, and the output signal value Thw2 and the output signal value Thw2. The thermostat valve opening control map is accessed using the engine speed as a parameter. The ECU 39 calculates the output signal value: Thw2 and the required hot water recovery time: Tcol corresponding to the engine speed from the thermostat valve opening control map.
[0098]
After calculating the hot water recovery time Tcol as described above, the ECU 39 sets the electric water pump 14 and the flow path in order to establish the second circulation circuit as described in the description of FIG. 6 or FIG. The switching valve 16 is controlled. Specifically, the ECU 39 cuts off the voltage supply from the battery 43 to the electric water pump 14 to stop the electric water pump 14, shuts off the second heater hose 11 b, and connects the first heater hose 11 a with the first heater hose 11 a. The flow path switching valve 16 is controlled so as to establish electrical communication with the third bypass passage 13c.
[0099]
Further, the ECU 39 shuts off the voltage supply from the battery 43 to the electric water pump 14 so as to stop the electric water pump 14, shuts off the second heater hose 11 b, and connects the first heater hose 11 a with the third bypass passage. A counter C for measuring an elapsed time from the time when the flow path switching valve 16 is controlled so as to establish electrical connection with the flow path 13c (the time when the execution of the hot water recovery control is started) is started.
[0100]
Then, the ECU 39 ends the execution of the hot water recovery control when the time measured by the counter C reaches the hot water recovery station time. That is, the ECU 39 controls the flow path switching valve 16 to shut off the third bypass passage 13c when the time measured by the counter C reaches the required time for collecting hot water: Tcol.
[0101]
Note that it takes some time (operation delay time) from the time when the ECU 39 outputs the flow path switching signal to the flow path switching valve 16 to the time when the flow path switching valve 16 actually completes the switching operation. It is necessary to determine the execution time of the hot water recovery control in consideration of the operation delay time.
[0102]
For example, an operation delay time when the flow path switching valve 16 operates from a state in which the third bypass passage 13c is shut off to a state in which the second heater hose 11b is shut off is set as a first operation delay time: t1, and the flow path switching valve is set. Assuming that the operation delay time when the valve 16 operates from the state in which the second heater hose 11b is shut off to the state in which the third bypass passage 13c is shut off is a second operation delay time: t2, the hot water recovery control execution time: T
T = Tcol + t1-t2
It can be obtained by the following arithmetic expression.
[0103]
Therefore, the ECU 39 may end the execution of the hot water recovery control when the measurement time of the counter C reaches the hot water recovery control execution time T.
[0104]
Hereinafter, the hot water recovery control in the present embodiment will be specifically described with reference to FIG.
FIG. 11 is a flowchart illustrating a hot water recovery control routine. The hot water recovery control routine is a routine stored in the ROM of the ECU 39 in advance, and is a routine that is repeatedly executed by the ECU 39 every predetermined time.
[0105]
In the hot water recovery control routine, the ECU 39 first determines in step S1101 the output signal value of the first water temperature sensor 17 stored in the RAM: Thw1, the output signal value of the second water temperature sensor 18: Thw2, and the engine speed: Ne. Read.
[0106]
In S1102, the ECU 39 determines whether the hot water recovery condition is satisfied. As the hot water recovery condition, the temperature of the cooling water flowing out of the internal combustion engine 1, that is, the output signal value: Thw2 of the second water temperature sensor 18 is equal to or higher than the target recovery temperature, or the output signal value of the second water temperature sensor 18: Thw2. Conditions such as higher than the cooling water temperature in the heat storage container 15 can be exemplified.
[0107]
If it is determined in S1102 that the hot water recovery condition is not satisfied, the ECU 39 temporarily ends the execution of this routine.
[0108]
If it is determined in S1102 that the hot water recovery condition is satisfied, the ECU 39 proceeds to S1103, and the output signal value: Thw1 read in S1101 is equal to or higher than the opening temperature of the thermostat valve 7: Temp1. It is determined whether or not.
[0109]
If it is determined in step S1103 that the output signal value: Thw1 is equal to or higher than the valve opening temperature: Temp1, the ECU 39 accesses the thermostat valve opening control map of the ROM in step S1104, and reads the read signal in step S1101. Then, a required hot water recovery time: Tcol corresponding to the output signal value: Thw2 and the engine speed: Ne is calculated.
[0110]
If it is determined in S1103 that the output signal value: Thw1 is less than the valve opening temperature: Temp1, the ECU 39 accesses the thermostatic valve closing control map of the ROM in S1105 in S1105. The hot water recovery time: Tcol corresponding to the read output signal value: Thw2 and the engine speed: Ne is calculated.
[0111]
After calculating the hot water recovery time: Tcol in S1104 or S1105, the ECU 39 proceeds to S1106, and adds the first operation delay time: t1 to the hot water recovery time: Tcol, and a value obtained thereby. The second operation delay time: t2 is subtracted from (Tcol + t1) to calculate a hot water recovery control execution time: T (= Tcol-t1 + t2).
[0112]
In S1107, the ECU 39 controls the electric water pump 14 and the flow path switching valve 16 to start the execution of the hot water recovery control. Specifically, the ECU 39 cuts off the voltage supply from the battery 43 to the electric water pump 14 to stop the electric water pump 14, shuts off the second heater hose 11 b, and connects the first heater hose 11 a with the first heater hose 11 a. By controlling the flow path switching valve 16 so as to establish electrical communication with the three bypass passages 13c, the second circulation circuit as described in the description of FIG. 6 or 7 is established.
[0113]
In S1108, the ECU 39 activates the counter C to measure the elapsed time from the start of the hot water recovery control execution.
[0114]
In S1109, the ECU 39 determines whether or not the measurement time: C of the counter C is equal to or longer than the hot water recovery control execution time: T calculated in S1106.
[0115]
If it is determined in S1109 that the measurement time C of the counter C is less than the execution time T of the hot water recovery control, the ECU 39 determines that the measurement time C of the counter C is the execution time of the hot water recovery control. : The process of S1109 is repeatedly executed until the value becomes T or more.
[0116]
If it is determined in S1109 that the measurement time C of the counter C is equal to or longer than the hot water recovery control execution time T, the ECU 39 proceeds to S1110, and ends the execution of the hot water recovery control. Specifically, the ECU 39 cuts off the voltage supply from the battery 43 to the electric water pump 14 so as to maintain the electric water pump 14 in the stopped state, shuts off the third bypass passage 13c, and connects the first heater hose 11a with the first heater hose 11a. The flow path switching valve 16 is controlled so as to conduct the second heater hose 11b.
[0117]
Then, the ECU 39 resets the measurement time of the counter C in S1111 and ends the execution of this routine.
[0118]
By executing the hot water recovery control routine by the ECU 39 in this way, the execution of the hot water recovery control ends when the cooling water in the heat storage container 15 is actually replaced with the hot water from the internal combustion engine 1.
[0119]
As a result, the execution of the hot water recovery control is not completed before the cooling water in the heat storage container 15 is replaced with the hot water from the internal combustion engine 1, and the cooling water in the heat storage container 15 is replaced with the hot water from the internal combustion engine 1. Even after the replacement, the execution of the hot water recovery control will not be continued.
[0120]
Therefore, according to the internal combustion engine provided with the heat storage device according to the present embodiment, it is possible to reliably recover hot water having a temperature equal to or higher than a desired target recovery temperature into heat storage container 15.
[0121]
<Embodiment 2>
Next, a second embodiment of the internal combustion engine provided with the heat storage device according to the present invention will be described with reference to FIGS. Here, a configuration different from the above-described first embodiment will be described, and a description of the same configuration will be omitted.
[0122]
FIG. 12 is a view showing a second embodiment of a cooling water circulation system of an internal combustion engine to which the present invention is applied.
[0123]
The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the flow direction of the cooling water allowed by the heat storage vessel 15 and the cooling water generated by the mechanical water pump 10 in the first embodiment are different from each other. In the present embodiment, the flow direction is the same as the flow direction, whereas the flow direction of the cooling water allowed by the heat storage vessel 15 and the flow direction of the cooling water generated by the mechanical water pump 10 are opposite to each other. is there.
[0124]
Specifically, as shown in FIG. 12, a first bypass passage 13a is connected to a portion of the heater hose 11 located between the heater core 12 and the third cooling water passage 8, and the first bypass passage 13a is electrically driven. It is connected to the cooling water suction port of the water pump 14. Subsequently, the cooling water discharge port of the electric water pump 14 is connected to the cooling water inlet 15a of the heat storage container 15 via the second bypass passage 13b. Further, the cooling water outlet 15b of the heat storage container 15 is connected to the heater hose 11 located between the heater core 12 and the first cooling water passage 4 via the third bypass passage 13c.
[0125]
Here, in the heater hose 11 located between the heater core 12 and the first cooling water passage 4, a portion on the first cooling water passage 4 side with respect to a connection portion of the third bypass passage 13c is referred to as a first heater hose 11a. At the same time, a portion on the side of the heater core 12 is referred to as a second heater hose 11b. Further, in the heater hose 11 located between the heater core 12 and the third cooling water passage 8, a portion on the heater core 12 side with respect to a connection portion of the first bypass passage 13a is referred to as a third heater hose 11c, and The portion on the cooling water channel 8 side is referred to as a fourth heater hose 11d.
[0126]
At the connection between the first heater hose 11a, the second heater hose 11b, and the third bypass passage 13c, a flow path switching valve 16 is provided as in the first embodiment.
[0127]
In the cooling water circulation system configured as described above, the ECU 39 executes the cooling water flow switching control by the following method.
[0128]
First, when the internal combustion engine 1 is operating and the heater switch 42 is off, the ECU 39 controls the flow path switching valve 16 to shut off the second heater hose 11b and stops the electric water pump 14 The supply of the voltage from the battery 43 to the electric water pump 14 is cut off to set the state.
[0129]
In this case, only the mechanical water pump 10 is operated without operating the electric water pump 14, and if the temperature of the cooling water at this time is lower than the opening temperature of the thermostat valve 7: Temp1, the thermostat valve 7 Cuts off the second cooling water passage 6 and opens the bypass water passage 9 at the same time.
[0130]
Therefore, if the temperature of the cooling water is lower than the opening temperature of the thermostat valve 7: Temp1 when the internal combustion engine 1 is in the operating state and the heater switch 42 is in the off state, as shown in FIG. A circulation circuit in which cooling water flows in the order of the pump 10, the block-side cooling water passage 2b, the head-side cooling water passage 2a, the bypass water passage 9, the thermostat valve 7, the third cooling water passage 8, and the mechanical water pump 10 is established.
[0131]
When the circulation circuit as shown in FIG. 13 is established, the relatively low-temperature cooling water flowing out of the internal combustion engine 1 flows around the radiator 5, so that the cooling water is not unnecessarily cooled by the radiator 5. become. As a result, the warm-up of the internal combustion engine 1 is not hindered.
[0132]
Thereafter, when the warm-up of the internal combustion engine 1 is completed and the temperature of the cooling water becomes equal to or higher than the opening temperature of the thermostat valve 7: Temp1, the thermostat valve 7 opens the second cooling water channel 6 and simultaneously shuts off the bypass water channel 9. Will be.
[0133]
Therefore, if the temperature of the cooling water is equal to or higher than the opening temperature of the thermostat valve 7 when the internal combustion engine 1 is in the operating state and the heater switch 42 is in the off state, as shown in FIG. Pump 10 → block side cooling water passage 2b → head side cooling water passage 2a → first cooling water passage 4 → radiator 5 → second cooling water passage 6 → thermostat valve 7 → third cooling water passage 8 → mechanical water pump 10 A flowing circulation circuit is established.
[0134]
When the circulation circuit shown in FIG. 14 is established, the relatively high-temperature cooling water flowing out of the internal combustion engine 1 flows through the radiator 5, so that the heat of the cooling water is released to the outside air at the radiator 5, The temperature of the cooling water drops. As a result, since the relatively low-temperature cooling water after passing through the radiator 5 flows into the head-side cooling water passage 2a and the block-side cooling water passage 2b of the internal combustion engine 1, the heat of the internal combustion engine 1 is transmitted to the cooling water. Thus, overheating of the internal combustion engine 1 is prevented.
[0135]
When the heater switch 42 is turned on when the internal combustion engine 1 is in the operating state and the temperature of the cooling water is equal to or higher than the opening temperature of the thermostat valve 7: Temp1, the ECU 39 stops the electric water pump 14. In order to maintain the state, the voltage supply from the battery 43 to the electric water pump 14 is cut off, the third bypass passage 13c is cut off, and the flow path switching valve 16 is turned on to make the first heater hose 11a and the second heater hose 11b conductive. Control.
[0136]
In this case, as shown in FIG. 15, the same circulation circuit as the circulation circuit described in the description of FIG. 14 described above is established, and at the same time, the mechanical water pump 10 → the block side cooling water path 2b → the head side cooling water path 2a → the 1 cooling water passage 4 → first heater hose 11a → flow path switching valve 16 → second heater hose 11b → heater core 12 → third heater hose 11c → fourth heater hose 11d → third cooling water passage 8 → mechanical water pump 10 A circulation circuit in which cooling water flows in order is established.
[0137]
When a circulation circuit as shown in FIG. 15 is established, the relatively high-temperature cooling water flowing out of the internal combustion engine 1 flows into the heater core 12, so that the heat of the cooling water in the heater core 12 is changed to the room heating air. Will be transmitted to As a result, the temperature of the room heating air is increased.
[0138]
When the internal combustion engine 1 is cold started, the ECU 39 closes the flow passage to shut off the second heater hose 11b immediately before starting the internal combustion engine 1 (before the cranking of the internal combustion engine 1 is started). In addition to controlling the switching valve 16, voltage supply from the battery 43 to the electric water pump 14 is allowed to operate the electric water pump 14.
[0139]
In this case, the first heater hose 11a and the third bypass passage 13c conduct, and the mechanical water pump 10 does not operate, and only the electric water pump 14 operates.
[0140]
Therefore, as shown in FIG. 16, the electric water pump 14 → the second bypass passage 13b → the heat storage container 15 → the third bypass passage 13c → the passage switching valve 16 → the first heater hose 11a → the first cooling water passage 4 → the head side. A circulation circuit in which cooling water flows in the order of the cooling water passage 2a → the block-side cooling water passage 2b → the mechanical water pump 10 → the third cooling water passage 8 → the fourth heater hose 11d → the first bypass passage 13a → the electric water pump 14 is established.
[0141]
When the circulation circuit shown in FIG. 16 is established, the cooling water discharged from the electric water pump 14 flows into the heat storage container 15 via the second bypass passage 13b, and is stored in the heat storage container 15 instead of the cooling water. The high-temperature cooling water (hereinafter referred to as heat storage hot water) is discharged from the cooling water outlet 15b.
[0142]
The heat storage hot water discharged from the cooling water outlet 15b of the heat storage container 15 cools the head-side cooling of the internal combustion engine 1 through the third bypass passage 13c, the flow path switching valve 16, the first heater hose 11a, and the first cooling water passage 4. The water flows into the water channel 2a, and then flows from the head-side cooling water channel 2a to the block-side cooling water channel 2b.
[0143]
As described above, when the heat storage hot water stored in the heat storage container 15 flows into the head-side cooling water passage 2a and the block-side cooling water passage 2b, it is originally retained in the head-side cooling water passage 2a and the block-side cooling water passage 2b instead. The low-temperature cooling water is discharged from the head-side cooling water passage 2a and the block-side cooling water passage 2b.
[0144]
At this time, the ECU 39 determines when the low-temperature cooling water originally staying in the head-side cooling water passage 2a and the block-side cooling water passage 2b of the internal combustion engine 1 is replaced with the heat storage hot water (for example, the output signal of the second water temperature sensor 18). When the value becomes equal to or higher than the predetermined temperature), the supply of voltage from the battery 43 to the electric water pump 14 is stopped in order to stop the operation of the electric water pump 14, and the heat storage hot water is supplied to the head side cooling water passage 2a and the block side cooling water passage 2b. To stay inside.
[0145]
In this case, substantially all of the heat of the heat storage hot water is efficiently transmitted to the cylinder head 1a and the cylinder block 1b, and the temperature of the cylinder head 1a and the cylinder block 1b quickly rises.
[0146]
When the cylinder head 1a and the cylinder block 1b are heated by the heat storage hot water, the atmospheric temperature of the intake port and the combustion chamber rises, so that the fuel vaporization at the start of the internal combustion engine 1 is promoted and the compression end temperature is reduced. Enhanced.
[0147]
As a result, in the internal combustion engine 1, the ignitability of the fuel, the combustion stability of the fuel, the amount of fuel adhering to the wall surface, and the like are improved, thereby improving the startability of the internal combustion engine 1 and the warm-up operation. It is possible to shorten the time and improve the exhaust emission.
[0148]
Next, the hot water recovery control according to the present embodiment will be described.
In the cooling water circulation system according to the present embodiment, since the flow direction of the cooling water permitted by the heat storage container 15 and the flow direction of the cooling water generated by the mechanical water pump 10 are opposite to each other, the internal combustion engine 1 is in the operating state. In order to recover the high-temperature cooling water into the heat storage container 15 at a certain time, the flow direction of the cooling water needs to be temporarily reversed by the electric water pump 14.
[0149]
Therefore, in the hot water recovery control in the present embodiment, the ECU 39 controls the flow path switching valve 16 to shut off the second heater hose 11b, and sends the electric water pump 14 from the battery 43 to operate the electric water pump 14. To generate a circulating flow in the direction opposite to the circulating flow generated by the mechanical water pump 10, thereby preventing the flow of the cooling water as described in the description of FIG. 14 or FIG. Thus, the flow of the cooling water as described in the description of FIG. 16 is established.
[0150]
When the flow of the cooling water described above with reference to FIG. 16 is established against the circulating flow generated by the mechanical water pump 10, the head-side cooling water passage 2a and the block-side cooling water passage of the internal combustion engine 1 are formed. The high-temperature cooling water in 2b flows into the heat storage container 15 via the mechanical water pump 10, the fourth heater hose 11d, the first bypass passage 13a, the electric water pump 14, and the second bypass passage 13b, and is replaced therewith. The cooling water originally staying in the heat storage container 15 is discharged from the heat storage container 15.
[0151]
At that time, the amount of cooling water flowing into the heat storage container 15 per unit time (hereinafter, referred to as a container inflow water amount) changes according to the flow rate of the circulating flow generated by the electric water pump 14. The flow velocity of the circulating flow generated by the electric water pump 14 changes according to various conditions such as the operating state of the mechanical water pump 10, the state of the path through which the cooling water circulates, and the viscosity of the cooling water.
[0152]
For example, the container inflow water amount increases as the flow rate of the circulating flow generated by the electric water pump 14 increases, and decreases as the flow rate of the circulating flow generated by the electric water pump 14 decreases.
[0153]
In addition, the flow rate of the circulating flow generated by the electric water pump 14 decreases as the amount of cooling water (hereinafter, simply referred to as discharge amount) discharged by the mechanical water pump 10 per unit time increases, and the mechanical water pump 10 reduces the flow rate. It becomes higher as the discharge amount of the pump 10 becomes smaller.
[0154]
The discharge amount of the mechanical water pump 10 increases as the engine speed of the internal combustion engine 1 increases, and decreases as the engine speed of the internal combustion engine 1 decreases.
[0155]
Therefore, as shown in FIG. 17, the amount of water flowing into the container decreases as the engine speed of the internal combustion engine 1 increases, and increases as the engine speed decreases.
[0156]
The flow rate of the circulating flow generated by the mechanical water pump 10 is lower when the thermostat valve 7 is open than when the thermostat valve 7 is closed.
[0157]
At this time, the flow rate of the circulating flow generated by the electric water pump 14 decreases as the flow rate of the circulating flow generated by the mechanical water pump 10 increases, and the flow rate of the circulating flow generated by the mechanical water pump 10 decreases. The lower the temperature, the higher the flow rate of the circulating flow generated by the electric water pump 14 when the thermostat valve 7 is closed, and the higher the circulation flow rate generated by the electric water pump 14 when the thermostat valve 7 is open. Lower than the flow velocity.
[0158]
Therefore, as shown in FIG. 18, the amount of flowing water in the container is larger when the thermostat valve 7 is open than when the thermostat valve 7 is closed.
[0159]
The flow velocity of the circulating flow generated by the mechanical water pump 10 or the electric water pump 14 decreases as the viscosity of the cooling water increases, and increases as the viscosity of the cooling water decreases. Since the viscosity of the cooling water decreases as the temperature of the cooling water increases and increases as the temperature of the cooling water decreases, the flow rate of the circulating flow generated by the mechanical water pump 10 or the electric water pump 14 is As the temperature of the cooling water increases, the temperature increases and as the temperature of the cooling water decreases, the temperature decreases.
[0160]
Since the mechanical water pump 10 and the electric water pump 14 are different in arrangement and structure, the degree to which the viscosity of the cooling water acts on the mechanical water pump 10 and the viscosity of the cooling water act on the electric water pump 14. It is assumed that the degree is different.
[0161]
Therefore, when the degree of the viscosity of the cooling water acting on the electric water pump 14 is higher than the degree of the viscosity of the cooling water acting on the mechanical water pump 10, the flow rate of the container is shown in FIG. As described above, the temperature increases as the cooling water temperature increases, and decreases as the cooling water temperature decreases. On the other hand, when the degree of the viscosity of the cooling water acting on the mechanical water pump 10 is higher than the degree of the viscosity of the cooling water acting on the electric water pump 14, the flow rate of the container is shown in FIG. As described above, the cooling water temperature increases as the cooling water temperature decreases, and decreases as the cooling water temperature increases.
[0162]
The flow rate of the circulating flow generated by the electric water pump 14 changes according to the level of the driving voltage applied to the electric water pump 14, and the level of the driving voltage applied to the electric water pump 14 Since it changes according to the output voltage of the battery 43, the flow rate of the circulating flow generated by the electric water pump 14 changes according to the output voltage of the battery 43. That is, the flow velocity of the circulating flow generated by the electric water pump 14 increases as the output voltage of the battery 43 increases, and decreases as the output voltage of the battery 43 decreases.
[0163]
Therefore, as shown in FIG. 20, the container inflow water amount increases as the output voltage of the battery 43 increases, and decreases as the output voltage of the battery 43 decreases.
[0164]
As described above, since the amount of water flowing into the container changes in accordance with the engine speed, the open / close state of the thermostat valve 7, the coolant temperature, and the output voltage of the battery 43, the engine speed and the thermostat valve 7 during the execution of the hot water recovery control are set. The required hot water recovery time: Tcol can be specified using the open / closed state of the cooling water temperature, and the output voltage of the battery 43 as parameters.
[0165]
As a result, it is possible to calculate the required hot water recovery time: Tcol using the open / close state of the thermostat valve 7, the engine speed, the coolant temperature, and the output voltage of the battery 43 as parameters. In the present embodiment, the thermostat is used. Relationship between the engine speed when the valve 7 is open, the coolant temperature, the output voltage of the battery 43, and the time required for hot water recovery: Tcol, and the engine speed when the thermostat valve 7 is closed. The relationship between the temperature, the cooling water temperature, the output voltage of the battery 43, and the required time of hot water recovery: Tcol is experimentally obtained in advance, and the relationship is converted into a four-dimensional map and stored in the ROM of the ECU 39 or the like. .
[0166]
In the following, a map showing the relationship between the engine speed, the coolant temperature, the output voltage of the battery 43, and the required hot water recovery time: Tcol when the thermostat valve 7 is in the open state is a thermostat valve opening control map. A map indicating the relationship among the engine speed, the coolant temperature, the output voltage of the battery 43, and the required hot water recovery time: Tcol when the thermostat valve 7 is in the closed state is referred to as a thermostat valve closing control map. .
[0167]
The above-described control map when the thermostat valve is opened and the control map when the thermostat valve is closed include, for example, that the viscosity of the cooling water acts on the electric water pump 14 in comparison with the degree of the viscosity of the cooling water acting on the mechanical water pump 10. When the engine speed is high, the lower the engine speed and the higher the coolant temperature and the output voltage of the battery 43, the shorter the required hot water recovery time: Tcol, and the higher the engine speed and the coolant temperature and the output of the battery 43. It is set such that the lower the voltage is, the longer the required time of hot water recovery: Tcol is.
[0168]
On the other hand, the above-described control map when the thermostat valve is opened and the control map when the thermostat valve is closed include, for example, that the viscosity of the cooling water is smaller than that of the mechanical If the degree of action is high, the lower the engine speed and the coolant temperature and the higher the output voltage of the battery 43, the shorter the required hot water recovery time: Tcol, and the higher the engine speed and the coolant temperature and the battery 43 Is set such that the lower the output voltage is, the longer the required hot water recovery time: Tcol.
[0169]
When the engine speed, the coolant temperature, and the output voltage of the battery 43 are the same, the required time of hot water recovery in the control map when the thermostat valve is open: Tcol is the required time for hot water recovery in the control map when the thermostat valve is closed: Tcol. Preferably, it is set to be shorter.
[0170]
When the thermostat valve opening control map and the thermostat valve closing control map as described above are stored in the ROM of the ECU 39, the ECU 39 first outputs the output signal of the first water temperature sensor 17 in the hot water recovery control. The value: Thw1, the output signal value of the second water temperature sensor 18: Thw2, and the output voltage (battery voltage) of the battery 43: Vbat are read, and the engine speed of the internal combustion engine 1 is calculated.
[0171]
Subsequently, the ECU 39 determines whether or not the output signal value Thw1 of the first water temperature sensor 17 is equal to or higher than the opening temperature of the thermostat valve 7 Temp1.
[0172]
If the output signal value of the first water temperature sensor 17: Thw1 is lower than the opening temperature of the thermostat valve 7: Temp1, the ECU 39 assumes that the thermostat valve 7 is in the closed state, and the output signal value: Thw2, The thermostat valve closing control map is accessed using the battery voltage: Vbat and the engine speed as parameters. The ECU 39 calculates the output signal value: Thw2, the battery voltage: Vbat, and the required hot water recovery time: Tcol corresponding to the engine speed from the thermostatic valve closing control map.
[0173]
On the other hand, when the output signal value: Thw1 of the first water temperature sensor 17 is equal to or higher than the thermostat valve opening temperature: Temp1, the ECU 39 considers that the thermostat valve 7 is in the open state, and the output signal value: Thw2. The thermostat valve opening control map is accessed using the battery voltage: Vbat and the engine speed as parameters. The ECU 39 calculates the output signal value: Thw2, the battery voltage: Vbat, and the required hot water recovery time: Tcol corresponding to the engine speed from the thermostatic valve opening control map.
[0174]
When the required hot water recovery time: Tcol is calculated in this manner, the ECU 39 operates when the flow path switching valve 16 operates from the state in which the third bypass passage 13c is shut off to the state in which the second heater hose 11b is shut off. Delay time (first operation delay time): t1 and an operation delay time (second operation time) when the flow path switching valve 16 operates from the state in which the second heater hose 11b is shut off to the state in which the third bypass passage 13c is shut off (second operation delay time). The warm water recovery required time: Tcol is corrected using t2 and the hot water recovery control execution time: T (= Tcol + t1-t2).
[0175]
Subsequently, the ECU 39 controls the electric water pump 14 and the flow path switching valve 16 so as to establish the circulation circuit as described in the description of FIG. 16 described above. Specifically, the ECU 39 allows the voltage supply from the battery 43 to the electric water pump 14 to operate the electric water pump 14, shuts off the second heater hose 11 b, and connects the first heater hose 11 a with the third bypass. The flow path switching valve 16 is controlled so as to establish conduction with the passage 13c.
[0176]
Further, the ECU 39 activates a counter C that measures the elapsed time from the start of the execution of the above-described hot water recovery control.
[0177]
Then, the ECU 39 terminates the execution of the hot water recovery control when the measurement time of the counter C reaches the hot water recovery control execution time T. That is, when the measurement time of the counter C reaches the hot water recovery control execution time T, the ECU 39 cuts off the voltage supply from the battery 43 to the electric water pump 14 so as to stop the electric water pump 14, The flow path switching valve 16 is controlled to shut off the third bypass passage 13c.
[0178]
Hereinafter, the hot water recovery control in the present embodiment will be specifically described with reference to FIG.
FIG. 21 is a flowchart illustrating a hot water recovery control routine according to the present embodiment.
[0179]
In the hot water recovery control routine, the ECU 39 first determines in step S2101 the output signal value of the first water temperature sensor 17 stored in the RAM: Thw1, the output signal value of the second water temperature sensor 18: Thw2, and the output voltage of the battery (battery). Voltage): Vbat and the engine speed: Ne.
[0180]
In S2102, the ECU 39 determines whether the hot water recovery condition is satisfied.
[0181]
If it is determined in S2102 that the hot water recovery condition is not satisfied, the ECU 39 temporarily ends the execution of this routine.
[0182]
If it is determined in S2102 that the hot water recovery condition is satisfied, the ECU 39 proceeds to S2103, and the output signal value: Thw1 read in S2101 is equal to or higher than the opening temperature of the thermostat valve 7: Temp1. It is determined whether or not.
[0183]
If it is determined in step S2103 that the output signal value: Thw1 is equal to or higher than the valve opening temperature: Temp1, the ECU 39 accesses the thermostat valve opening control map of the ROM in step S2104, and is read in step S2101. The required hot water recovery time: Tcol corresponding to the output signal value: Thw2, the battery voltage: Vbat, and the engine speed: Ne is calculated.
[0184]
If it is determined in step S2103 that the output signal value: Thw1 is less than the valve opening temperature: Temp1, the ECU 39 accesses the thermostatic valve closing control map of the ROM in step S2105, and proceeds to step S2101. The hot water recovery time: Tcol corresponding to the read output signal value: Thw2, battery voltage: Vbat, and engine speed: Ne is calculated.
[0185]
After calculating the hot water recovery time: Tcol in S2104 or S2105, the ECU 39 proceeds to S2106, and adds the first operation delay time: t1 to the hot water recovery time: Tcol, and a value obtained thereby. The hot water recovery control execution time: T (= Tcol-t1 + t2) is calculated by subtracting the second operation delay time: t2 from (Tcol + t1).
[0186]
In S2107, the ECU 39 controls the electric water pump 14 and the flow path switching valve 16 to start the execution of the hot water recovery control. Specifically, the ECU 39 allows the supply of voltage from the battery 43 to the electric water pump 14 to operate the electric water pump 14, shuts off the second heater hose 11 b, and connects the first heater hose 11 a with the third bypass. By controlling the flow path switching valve 16 so as to establish communication with the passage 13c, a circulation circuit as described in the description of FIG. 16 described above is established against the circulation flow generated by the mechanical water pump 10.
[0187]
In S2108, the ECU 39 activates the counter C to measure the elapsed time from the start of the hot water recovery control execution.
[0188]
In S2109, the ECU 39 determines whether or not the measurement time: C of the counter C is equal to or longer than the hot water recovery control execution time: T calculated in S2106.
[0189]
If it is determined in S2109 that the measurement time C of the counter C is less than the execution time T of the hot water recovery control, the ECU 39 determines that the measurement time C of the counter C is the execution time of the hot water recovery control. : The process of S2109 is repeatedly executed until T or more.
[0190]
If it is determined in S2109 that the measurement time C of the counter C is equal to or longer than the hot water recovery control execution time T, the ECU 39 proceeds to S2110 and ends the execution of the hot water recovery control. Specifically, the ECU 39 shuts off the voltage supply from the battery 43 to the electric water pump 14 so as to stop the electric water pump 14, shuts off the third bypass passage 13c, and connects the first heater hose 11a and the second heater The flow path switching valve 16 is controlled so as to establish electrical connection with the hose 11b.
[0191]
Then, the ECU 39 resets the measurement time of the counter C in S2111 and ends the execution of this routine.
[0192]
By executing the hot water recovery control routine by the ECU 39 in this way, the execution of the hot water recovery control ends when the cooling water in the heat storage container 15 is actually replaced with the hot water from the internal combustion engine 1.
[0193]
As a result, the execution of the hot water recovery control is not completed before the cooling water in the heat storage container 15 is replaced with the hot water from the internal combustion engine 1, and the cooling water in the heat storage container 15 is replaced with the hot water from the internal combustion engine 1. Even after the replacement, the execution of the hot water recovery control will not be continued.
[0194]
Therefore, according to the internal combustion engine provided with the heat storage device according to the present embodiment, it is possible to reliably recover hot water having a temperature equal to or higher than a desired target recovery temperature into heat storage container 15.
[0195]
In the present embodiment, an example has been described in which the hot water recovery control is executed during the operation of the internal combustion engine 1. However, the hot water recovery control may be executed immediately after the operation of the internal combustion engine 1 is stopped. In this case, the hot water recovery time Tcol may be determined using the temperature of the cooling water and the output voltage of the battery 43 as parameters.
[0196]
【The invention's effect】
According to the internal combustion engine provided with the heat storage device of the present invention, when recovering the high-temperature heat medium in the circulation circuit to the heat storage container, the engine is correlated with the amount of the heat medium flowing into the heat storage container per unit time. Since the required recovery time is determined using the rotation speed as a parameter, the recovery process does not end before the heat medium in the heat storage container is replaced with the high-temperature heat medium in the circulation circuit, and the heat medium in the heat storage container is The recovery process is not continued even after the hot medium in the circulation circuit is replaced. As a result, the heat of the heat medium in the circulation circuit can be efficiently stored in the heat storage container.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a cooling water circulation system of an internal combustion engine according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a flow of cooling water when the internal combustion engine is operated in a cold state;
FIG. 3 is a diagram showing a flow of cooling water after completion of warm-up of the internal combustion engine.
FIG. 4 is a diagram showing a flow of cooling water when a heater switch is in an on state after completion of warm-up of the internal combustion engine.
FIG. 5 is a diagram showing a flow of cooling water when the internal combustion engine is warmed by the heat storage hot water.
FIG. 6 is a diagram (1) showing a flow of the cooling water when the high-temperature cooling water is collected in the heat storage container.
FIG. 7 is a diagram (2) showing a flow of the cooling water when the high-temperature cooling water is collected in the heat storage container.
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the amount of water flowing into the container and the engine speed;
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the amount of water flowing into a container, the open / close state of a thermostat valve, and the engine speed.
FIG. 10 is a diagram showing a relationship among a container inflow water amount, a cooling water temperature, and an engine speed;
FIG. 11 is a flowchart illustrating a hot water recovery control routine according to the first embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing a cooling water circulation system of an internal combustion engine according to a second embodiment.
FIG. 13 is a diagram showing a flow of cooling water when the internal combustion engine is operated in a cold state.
FIG. 14 is a diagram showing a flow of cooling water after warm-up of the internal combustion engine is completed.
FIG. 15 is a diagram showing a flow of cooling water when a heater switch is in an on state after completion of warm-up of the internal combustion engine.
FIG. 16 is a diagram showing the flow of cooling water when the internal combustion engine is warmed by the heat storage hot water and when the high-temperature cooling water is collected in the heat storage container
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the amount of water flowing into a container and the engine speed;
FIG. 18 is a diagram showing the relationship between the amount of water flowing into the container, the open / close state of the thermostat valve, and the engine speed.
FIG. 19 (a) is a diagram (1) showing the relationship among the amount of water flowing into a container, the temperature of cooling water, and the engine speed;
(B) A diagram showing the relationship among the amount of water flowing into the container, the temperature of the cooling water and the engine speed (2)
FIG. 20 is a diagram illustrating a relationship among a container inflow water amount, a battery voltage, and an engine speed;
FIG. 21 is a flowchart illustrating a hot water recovery control routine according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
1 ... Internal combustion engine
1a ... Cylinder head
1b ・ ・ ・ Cylinder block
2a: Head side cooling water channel
2b: Block side cooling water channel
5 Radiator
10 ... mechanical water pump
12 ... heater core
14 ・ ・ ・ Electric water pump
15 ... thermal storage container
16 ... Channel switching valve
39 ・ ・ ・ ECU
43 ・ ・ ・ Battery

Claims (4)

内燃機関を経由して熱媒体が循環する循環回路と、
前記内燃機関の回転力を利用して前記熱媒体の循環流を発生させるポンプ機構と、
前記循環回路内の熱媒体の一部を蓄熱状態で貯蔵する蓄熱容器と、
前記循環回路内の熱媒体を前記蓄熱容器に回収するときに、前記内燃機関の機関回転数に基づいて回収所要時間を演算する演算手段と、
前記演算手段により算出された回収所要時間に従って熱媒体の回収処理を行う回収手段と、
を備えることを特徴とする蓄熱装置を備えた内燃機関。
A circulation circuit in which the heat medium circulates via the internal combustion engine;
A pump mechanism that generates a circulating flow of the heat medium using the rotational force of the internal combustion engine,
A heat storage container that stores a part of the heat medium in the circulation circuit in a heat storage state,
When recovering the heat medium in the circulation circuit to the heat storage container, calculating means for calculating the required recovery time based on the engine speed of the internal combustion engine,
A recovery unit that performs a recovery process of the heat medium according to the required recovery time calculated by the arithmetic unit,
An internal combustion engine equipped with a heat storage device, comprising:
前記循環回路は、熱媒体を冷却する冷却機構と、前記冷却機構を迂回するバイパス通路と、前記冷却機構又は前記バイパス通路を遮断する流路切換弁とを具備し、
前記演算手段は、前記内燃機関の機関回転数と前記流路切換弁の状態とに基づいて回収所要時間を演算することを特徴とする請求項1に記載の蓄熱装置を備えた内燃機関。
The circulation circuit includes a cooling mechanism that cools the heat medium, a bypass passage that bypasses the cooling mechanism, and a flow path switching valve that shuts off the cooling mechanism or the bypass passage.
The internal combustion engine according to claim 1, wherein the calculation unit calculates a required recovery time based on an engine speed of the internal combustion engine and a state of the flow path switching valve.
前記循環回路内の熱媒体の温度を検出する温度検出手段を更に備え、
前記演算手段は、前記内燃機関の機関回転数と前記温度検出手段により検出された熱媒体の温度とに基づいて回収所要時間を演算することを特徴とする請求項1に記載の蓄熱装置を備えた内燃機関。
Further comprising a temperature detecting means for detecting the temperature of the heat medium in the circulation circuit,
2. The heat storage device according to claim 1, wherein the calculation unit calculates a required recovery time based on an engine speed of the internal combustion engine and a temperature of the heat medium detected by the temperature detection unit. 3. Internal combustion engine.
バッテリからの電圧が印加されたときに、前記循環回路から前記蓄熱容器へ向かう熱媒体の流れを発生する電動ウォーターポンプを更に備え、
前記演算手段は、前記内燃機関の機関回転数と前記バッテリの電圧とに基づいて回収所要時間を演算することを特徴とする請求項1に記載の蓄熱装置を備えた内燃機関。
When a voltage from a battery is applied, the apparatus further includes an electric water pump that generates a flow of a heat medium from the circulation circuit toward the heat storage container,
2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the calculation unit calculates a required recovery time based on an engine speed of the internal combustion engine and a voltage of the battery. 3.
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