JP2004068789A

JP2004068789A - 車載用エンジンシステム

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Publication number: JP2004068789A
Application number: JP2002233166A
Authority: JP
Inventors: Rentaro Kuroki; 黒木　錬太郎; Hiroki Ichinose; 一瀬　宏樹; Yutaka Sawada; 沢田　裕; Takayuki Otsuka; 大塚　孝之; Yasuhiro Kuze; 久世　泰広
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】内燃機関及びモータが協働して車両に動力を供給する車載用エンジンシステムにおいて、車両の運転状況に関わらず、要求に応じて速やかに且つ暖機の完了した状態で、内燃機関の始動を行うことのできる車載用エンジンシステムを提供する。
【解決手段】内燃機関２０とモータ３０とが協働して動力を供給するエンジンシステム（ハイブリッドエンジン）１は、内燃機関２０の冷却系に熱水を供給する蓄熱装置を備える。エンジンシステム１は、その搭載車両がモータ３０単独の動力によって走行している際、内燃機関２０の始動要求に先立って発生する事象を検知し、その検知タイミングと同期してプレヒートを開始する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関及びモータが協働して所定の駆動対象に動力を供給する車載用エンジンシステムに関し、特に、自身の蓄えた熱を利用して内燃機関の暖機処理を行うことのできる蓄熱装置を備えた車載用エンジンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関及びモータを複数の駆動源として組み合わせたエンジンシステム（ハイブリッドエンジン）は、各駆動源の作動状態を制御しつつ、これら駆動源から発せられる動力を適宜外部に伝達する機能を有する。ハイブリッドエンジンを用いれば、例えば機関燃焼によるエネルギーの変換効率が高い運転領域では内燃機関の出力を優先的に活用し、機関燃焼によるエネルギーの変換効率が低い運転領域ではモータの出力を優先的に活用するといった制御を行うことができる。その結果、ハイブリッドエンジンを搭載した車両は、従来の内燃機関を搭載した車両に比べ、車両運転に伴う燃料の消費量や排気ガスの排出量を格段に低減することができる。
【０００３】
一方、内燃機関の運転中に暖められた冷却水を保温状態のまま蓄えておき、次回の機関始動時における暖機促進に役立てる蓄熱装置が知られている。例えば特開２００２−３８９４７号公報に記載された蓄熱装置は、車載内燃機関の始動に先立つ様々な事象、例えば運転者によるドアの開閉動作や運転席への着座動作等を引き金として、蓄熱装置に蓄えられた温水を内燃機関に供給するようにしている。このように、蓄熱装置からの熱水供給を機関始動前に開始することにより、内燃機関の暖機を早期に完了することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ハイブリッドエンジンを構成する内燃機関は、その搭載車両の運転状況に応じて、燃焼と停止を頻繁に繰り返すことになる。例えば、その搭載車両がモータの動力のみに頼って走行を行っていたところ、搭載車両の要求する出力が変化し、モータ単独で発生し得る出力を不意に上回ったために、内燃機関を始動するといった状況が頻繁に生じる。
【０００５】
しかし、このような不意の始動要求に対し、内燃機関を常時最適な状態で（十分な暖機がなされた状態で）始動させるのは困難であった。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、内燃機関及びモータが協働して車両に動力を供給する車載用エンジンシステムにおいて、車両の運転状況に関わらず、要求に応じて速やかに且つ暖機の完了した状態で、内燃機関の始動を行うことのできる車載用エンジンシステムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関と、モータと、前記内燃機関の発生する動力及び前記モータの発生する動力を車両の出力軸に伝達する動力伝達機構と、熱を蓄える蓄熱装置と、を備え、前記蓄熱装置の蓄えた熱を所定の熱媒体を通じて前記内燃機関に供給し該機関の暖機処理を行う車載用エンジンシステムであって、前記モータが動力を発生し、且つ、前記内燃機関が停止している条件下で、前記内燃機関の始動要求に関連する事象を検知する検知手段と、内燃機関の始動要求に関連する事象の検知タイミングと同期して、前記内燃機関の暖機処理を開始する制御手段と、を備えることを要旨とする。
【０００８】
同構成によれば、内燃機関とモータとが協働して動力を供給するシステムに特有の運転条件として、当該エンジンシステムの構成要素たる内燃機関が停止や始動を頻繁に繰り返す運転条件にあっても、常時、暖機処理の施された状態で内燃機関を始動させることができる。これにより、燃費や排気特性が向上する。
【０００９】
また、当該エンジンシステムは、前記モータに電力を供給する充電可能なバッテリを備えて、且つ、前記検知手段は、前記バッテリの充電量が所定値を下回ったことを、前記内燃機関の始動要求に関連する事象として検知するのが好ましい。
【００１０】
また、前記検知手段は、当該エンジンシステムに要求される出力が所定値を上回ったことを、前記内燃機関の始動要求に関連する事象として検知するのも好ましい。
【００１１】
また、前記検知手段は、当該エンジンシステムの搭載車両の車速が所定値を上回ったこと、及び、当該エンジンシステムの搭載車両の加速度が所定値を上回ったことのうち、少なくとも一方を、前記内燃機関の始動要求に関連する事象として検知するのも好ましい。
【００１２】
また、前記検知手段は、当該エンジンシステムの搭載車両に備えられたアクセルペダルの踏込量が所定値を上回ったこと、及び、当該エンジンシステムの搭載車両に備えられたアクセルペダルの踏込量の変化率が所定値を上回ったことのうち、少なくとも一方を、前記内燃機関の始動要求に関連する事象として検知するのも好ましい。
【００１３】
また、当該エンジンシステムは、その搭載車両の周辺位置に関する地理的な情報を認識する認識手段を備えて、且つ、前記検知手段は、前記認識される地理的な情報に基づき、当該エンジンシステムの搭載車両に所定値を上回る出力が要求されると予測されることを、前記内燃機関の始動要求に関連する事象として検知するのも好ましい。
【００１４】
上記構成によれば、内燃機関の始動要求に先立つ事象として、再現性の高い事象を選択的に検知し、その検知結果に基づいて暖機処理が開始されることになる。これにより、暖機処理の施された状態で内燃機関が始動する確実性が高まる。
【００１５】
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、車載用ハイブリッドエンジンに適用した一実施の形態について説明する。
【００１７】
〔エンジンシステムの基本構成〕
図１に示すように、ハイブリッドエンジン（以下、エンジンシステムという）１は、内燃機関２０、モータ（モータ・ジェネレータ）３０、ジェネレータ（モータ・ジェネレータ）４０、動力分割機構５０、減速機６０、インバータ７０、バッテリ８０、電子制御装置（ＥＣＵ）９０、蓄熱容器等を主要な構成要素として含む。内燃機関２０は、複数の気筒を直列に配置して構成されたガソリンエンジンである。内燃機関２０の吸気通路２１途中には、吸気の流量（吸気量）を制御するためのスロットル弁２１ａが備えられている。また、内燃機関２０の排気通路２２途中には、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する排気浄化用三元触媒（以下、三元触媒という）を内蔵した触媒コンバータ２３が備えられている。内燃機関２０は、エンジンシステムの搭載車両（以下、単に車両という）の駆動輪９，１０に回転力を付与する他、ジェネレータ４０を駆動して電力を発生させる。ジェネレータ４０は、内燃機関２０に駆動されて電力を発生する場合の他、インバータ７０から電力供給を受けて内燃機関２０に回転力を付与する場合もある。モータ３０は、バッテリ８０或いはジェネレータ４０から電力の供給を受けて駆動輪９，１０に回転力を付与する場合と、逆に駆動輪９，１０や内燃機関２０から回転力を付与されることで発電を行いバッテリ８０に充電用の電力を供給する場合とがある。モータ３０の回転軸３１は、減速機６０を介して駆動輪９，１０の回転軸９ａ，９ａに連結される。
【００１８】
また、内燃機関２０のクランクシャフト２４と、モータ３０の回転軸３１と、ジェネレータ４０の回転軸４１とは、周知の遊星歯車（図示略）を内蔵する動力分割機構５０を介して相互に連結されている。遊星歯車は、相互にギア連結された３つの回転軸を有する。各回転軸は、クランクシャフト２４、モータ３０の回転軸３１、ジェネレータ４０の回転軸４１の何れかに結合している。遊星歯車は、その構成要素である３つの回転軸のうち、２つの回転速度（回転数）及びトルクが決まると、残りの回転軸の回転数及びトルクが必然的に定まる特性を有する。エンジンシステム１では、このような動力分割機構５０の特性を利用することにより、例えば内燃機関２０の発生する動力（クランクシャフト２４の回転力）をモータ３０の回転軸３１とジェネレータ４０の回転軸４１とに分割して伝達することができる。　また、例えばモータ３０の発生する動力と内燃機関２０の発生する動力とを併せて利用し、駆動輪９，１０の回転軸９ａ，９ａを回転させつつ、残りの動力でジェネレータ４０を駆動しバッテリ８０の充電を行うこともできる。また例えば、車両が停止している場合には、モータ３０が停止した状態でジェネレータ４０に電力を供給し、これをモータ駆動することにより、非燃焼状態にある内燃機関２０のクランクシャフト２４を回転し、機関燃焼を開始することもできる。さらに、モータ３０及びジェネレータ４０の両者に電力を供給し、これをモータ駆動することにより、車両を走行させながら、非燃焼状態にある内燃機関２０のクランクシャフト２４を回転し、機関燃焼を開始することもできる。
【００１９】
エンジンシステム１は、エンジンシステム１の作動状態や作動環境に関連する各種情報を電気信号として出力するセンサ類を備える。例えば、バッテリ残量センサ９１は、バッテリ３０の充電量（バッテリ残量）に応じた信号を出力する。車速センサ９２は、走行車両の車速に応じた信号を出力する。加速度センサ９３は、走行車両の加速度に応じた信号を出力する。アクセルポジションセンサ９４は、車両の運転席に設けられたアクセルペダル（図示略）の踏込量（或いは変位量）に応じた信号を出力する。また、ナビゲーションシステム９５は、車両の位置に関連する地理的な情報を衛星からの電波として受信し、この地理的情報に応じた信号を出力する。
【００２０】
ＥＣＵ９０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、バックアップＲＡＭおよびタイマーカウンタ等を備え、これら各部と、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路と、外部出力回路とが双方向性バスにより接続されて構成される論理演算回路を備える。ＥＣＵ９０は、図示しない各種センサやナビゲーションシステムの出力する信号を外部入力回路を介して入力し、これら信号に基づいて、内燃機関２０、モータ３０、バッテリ８０等の作動状態を把握し、これら要素２０，３０，８０等の作動状態に基づいてエンジンシステム１の運転状態を最適化するための各種制御を実施する。
【００２１】
このように構成されたエンジンシステム１は、内燃機関２０、モータ３０及びジェネレータ４０の発生する動力（軸トルク）を適宜使い分けて車両の駆動輪９，１０に伝達する他、適宜、内燃機関２０の駆動力や車両の減速等に伴って発生するエネルギーを電力に変換してバッテリ８０を充電する。
【００２２】
なお、ＥＣＵ９０は、個々のセンサ類９１〜９５と併せて内燃機関の始動要求に関連する事象を検知する検知手段を構成する。また、ＥＣＵ９０は、内燃機関の始動要求に関連する事象の検知タイミングと同期して、前記内燃機関の暖機処理を開始する制御手段を構成する。
【００２３】
〔エンジンシステムの作動〕
以下、エンジンシステム１の作動について、具体例を挙げて説明する。
【００２４】
図２は、内燃機関２０及びモータ３０の発生する動力やバッテリ８０に蓄えられた電力が、エンジンシステム１の運転条件に応じてどのように活用されるのかを、動力や電力の伝達経路を中心に説明する模式図である。なお、各図２（ａ），図２（ｂ），図２（ｃ）において、実線の矢印は動力の伝達経路を示し、破線の矢印は電力の伝達経路を示す。
（１）システム起動時
エンジンシステム１の起動時には、内燃機関２０の暖機を行う。この際、内燃機関２０の発生するエネルギーの一部はジェネレータ４０を介して電力に変換され、バッテリ８０に蓄えられる。内燃機関２０の冷却水の温度が所定値を上回ると（暖機が完了すると）、内燃機関２０の運転を停止する（図２（ａ））。
（２）発進時・低速走行時
エンジンシステム１を搭載した車両が発進する際、或いは低速走行を行う際等、内燃機関２０の熱効率が低くなる条件下においては、モータ３０の発生する動力を優先的に活用して車両（駆動輪９，１０）を駆動する（図２（ｂ））。
（３）通常走行時
エンジンシステム１を搭載した車両が通常の条件下で走行を行う場合には、内燃機関２０の発生する動力を動力分割機構により適宜の割合に分割することにより、内燃機関２０の発生する動力（クランクシャフト２４から減速機６０に直接伝達される動力）と、モータ３０の発生する動力とが最適な比率で協動して車両（駆動輪９，１０）を駆動するように制御を行う（図２（ｃ））。
【００２５】
上記のように構成されたエンジンシステム１では、内燃機関２０及びモータ３０の分担を制御しつつ車両を駆動する。また例えば、車両の発進時に内燃機関２０からの動力の供給を要しないことから、車両の停止時には、内燃機関２０を自動的に停止する制御を行うこともできる。この結果、燃費の向上や、排気ガスの総排出量の低減が図られる。
〔冷却系の概略構成〕
エンジンシステム１は、内燃機関２０の運転に伴って発生する熱の一部（正確には熱せられた冷却水の一部）を一時的に蓄え、必要に応じて内燃機関の暖機に利用する蓄熱装置を備える。蓄熱装置は、冷却水を循環させる通路の途中に設けられた蓄熱容器１００の他、内燃機関２０内に形成された冷却水の循環系と蓄熱装置１００との間で冷却水の交換を行うための循環通路Ａや電動式ウォータポンプＥＰ等を含んで構成される。
【００２６】
図３は、蓄熱装置１００を含めた内燃機関２０の冷却系を概略的に示す構成図である。
【００２７】
内燃機関２０の冷却系は、内燃機関２０と蓄熱容器１００との間で冷却水を循環させる循環通路Ａの他、内燃機関２０内において各燃焼室や吸排気ポートの外周を取り巻くように形成されている循環通路（ウォータジャケット）Ｂ、内燃機関２０とラジエータ１０１との間で冷却水を循環させる循環通路Ｃ、内燃機関２０と暖房用ヒータコア１０２との間で冷却水を循環させる循環通路Ｄ等によって構成されている。また、循環通路Ａは、シリンダブロック２０ａ内に形成された通路Ｂ１〜Ｂ４等と、シリンダヘッド２０ｂ内に形成された通路Ｂ５等とに概ね分別される。冷却系は冷却水の循環通路を複数組み合わせて構築された複合システムであって、この冷却系内を循環する冷却水は、熱媒体として内燃機関２０との間で熱交換を行うことにより同内燃機関２０各部の冷却、或いは昇温を行う。
【００２８】
冷却系を構成する上記各循環通路Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤには、冷却水の挙動や温度を制御、或いは検出する各種部材が設けられている。
【００２９】
電動式ウォータポンプ（電動ポンプ）ＥＰは、ＥＣＵ９０からの指令信号に基いて作動し、循環通路Ｂ内の冷却水を矢印αの方向に流動させる。
【００３０】
電動ポンプＥＰの下流には蓄熱容器１００が設けられている。蓄熱容器１００は、所定量の冷却水を外部から断熱した状態で貯留する機能を有する。すなわち、蓄熱容器１００は、ハウジング１００ａと、同ハウジング１００ａ内に収納された冷却水収容部１００ｂとを備えた二重構造を有する。ハウジング１００ａ及び冷却水収容部１００ｂの間隙はほぼ真空状態に保たれ、冷却水収容部１００ｂの内部空間と外部とを断熱状態に保つ。冷却水収容部１００ｂ内には、循環通路Ａ（ポンプ側通路Ａ１）から送られてくる冷却水を同容器１００ｂ内に導入するための導入管１００ｃと、同容器１００内の冷却水を循環通路Ａ（内燃機関側通路Ａ２）に排出するための排出管１００ｄとが設けられている。排出管１００ｄを通じて内燃機関側通路Ａ２に排出される冷却水は、内燃機関２０のシリンダヘッド２０ｂに導入され、同シリンダヘッド２０ｂ内において各気筒の吸気ポート近傍に形成された経路を優先的に流れる。
【００３１】
なお、ポンプ側通路Ａ１及び内燃機関側通路Ａ２の通路途中に各々設けられた逆止弁１００ｅ，１００ｆが、ポンプ側通路Ａ１から蓄熱容器１００を介して内燃機関側通路Ａ２に向かう冷却水の流れのみを許容し、逆流を規制する。
【００３２】
機械式ウォータポンプ（機械式ポンプ）ＭＰは、内燃機関２０の出力軸から伝達される駆動力を用い、循環通路Ｂ内の冷却水を矢印方向βに流動させる。
【００３３】
循環通路Ｃに設けられたラジエータ１０１は、加熱された冷却水の熱を外部に逃がす（冷却水を放熱させる）。電動ファン１０１ａは、ＥＣＵ３０の指令信号に基づいて駆動し、ラジエータ１０１による冷却水の放熱作用を高める。
【００３４】
また、ラジエータ１０１の下流側通路Ｃ１と、内燃機関２０内の通路Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３とに接続される空間Ｓ１には、サーモスタット１０３が設けられている。サーモスタット１０３は温度の高さに感応して開閉する周知の制御弁であり、同サーモスタット１０３近傍における循環通路Ｂ内の冷却水の温度が所定温度（例えば８０℃）を上回ると開弁して通路Ｃ１から空間Ｓ１内に向かう冷却水の流れを許容し、当該所定温度を下回ると閉弁して通路Ｃ１から空間Ｓ１内へ向かう冷却水の流れを規制する。また、サーモスタット１０３に付設された差圧弁１０３ａは、通路Ｂ２内の圧力Ｐ１と空間Ｓ１内の圧力Ｐ２との間の差圧（Ｐ１−Ｐ２）が所定値以上になると開弁して通路Ｂ２から空間Ｓ１内に向かう冷却水の流れを許容し、当該所定値を下回ると閉弁して通路Ｂ２から空間Ｓ１内に向かう冷却水の流れを規制する周知の制御弁である。
【００３５】
循環通路Ｄに設けられた暖房用ヒータコア１０２は、内燃機関２０内で加熱された冷却水の熱を利用し、必要に応じて車両室内（図示略）の暖房を行う。ＥＣＵ３０の指令信号に基づいて駆動される電動ファン１０２ａは、暖房用ヒータコア１０２を通過する冷却水の放熱を促すとともに、冷却水の放熱により発生した暖気を空気通路（図示略）を介して車両室内に送り込む。
【００３６】
内燃機関２０から外部に向かう流路途中に設けられた水温センサ１０４は、同流路内の冷却水の温度（冷却水温）ＴＨＷに応じた検出信号をＥＣＵ９０に出力する。
【００３７】
流路切換弁１０５は、電動式ポンプＥＰの上流側通路Ａ１と、サーモスタット１０３の上流側通路Ｂ１と、暖房用ヒータコア１０２の下流側通路Ｄ１とに接続される周知の三方向制御弁であり、ＥＣＵ９０の指令信号に基づいて駆動される。流路切換弁１０５は、３本の通路Ａ１，Ｂ１，Ｄ１間の関係を、通路Ａ１の開口端が閉じて且つ通路Ｂ１，Ｄ１間が連通する状態と、通路Ｄ１の開口端が閉じて且つ通路Ａ１，Ｂ１間が連通する状態とに切り換える機能を有する。
【００３８】
上記のように構成された内燃機関２０の冷却系では、流路切替弁１０５を通じて切り換えられる各通路間の関係、電動ポンプＥＰの作動状態、内燃機関２０の運転状態、或いはサーモスタット１０３の作動状態等に応じ、冷却水の流れる経路が異なるようになる。
【００３９】
本実施の形態にかかるエンジンシステム１は、内燃機関２０が通常の運転状態（燃焼状態）にある場合、循環通路Ｂや循環通路Ｃ（ラジエータ１０１）を通じて冷却水を循環させ、内燃機関２０を冷却する（最適温度（８０℃）に保持する）。一方、内燃機関２０が停止状態にあり、且つ、当該機関２０の温度が所定値を下回っている場合には、蓄熱容器１００に蓄えられた熱水を、当該機関２０が始動する前に、循環通路Ａを通じ内燃機関２０に供給する制御（プレヒート）を行う。
【００４０】
図４は、内燃機関２０の冷却系における冷却水の流路構成を例示する略図である。
【００４１】
図４（ａ）に示す流路は、流路切換弁１０５の機能に基づき、通路Ａ１の開口端が閉じて且つ通路Ｂ１，Ｄ１間が連通する状態となった場合に形成される。このような場合、通路Ｂ，Ｃ，Ｄを通じて、シリンダブロック２０ａ、シリンダヘッドヘッド２０ｂ、ラジエータ１０１および暖房用ヒータコア１０２の間で冷却水が循環する。
【００４２】
また、図４（ｂ）に示す流路は、流路切換弁１０５の機能に基づき、通路Ａ１の開口端が閉じて且つ通路Ａ１，Ｂ１間が連通する状態となった場合に形成される。このような場合、通路Ａ，Ｂを通じて、シリンダヘッドヘッド２０ｂおよび蓄熱容器１００の間で冷却水が循環する。
【００４３】
図５（ａ）は、プレヒートを実行した後、内燃機関２０を始動させることなく放置した場合における冷却水温ＴＨＷの推移を示すタイムチャートである。また、図５（ｂ）は、プレヒートを開始した後、プレヒートの完了前後におけるタイミングで内燃機関２０を始動させた場合と、プレヒートを実施することなく内燃機関２０を始動させた場合とにおける冷却水温ＴＨＷの推移を同一時間軸上に示すタイムチャートである。
【００４４】
図５（ａ）に示すように、プレヒートを開始すると（時刻ｔ１）、蓄熱容器１００内の熱水がシリンダヘッド２０ｂに供給され、冷却水温ＴＨＷが上昇する。冷却水温ＴＨＷが目標値ＴＨＷｔｒｇｔに達すると（時刻ｔ２）、ＥＣＵ９０が一旦電動ポンプＥＰを停止することにより、冷却水温ＴＨＷは緩やかに下降する。
【００４５】
図５（ｂ）に示すように、プレヒートの開始後、所定期間の経過後（時刻ｔＡ或いは時刻ｔＢ）に内燃機関２０を始動すると、内燃機関２０自身から発生する熱が冷却水温ＴＨＷの上昇を促し、冷却水温は速やかに上昇して目標値に達するようになる（実線Ｌ１および一点鎖線Ｌ２で図示）。この結果、少なくとも、ある程度の暖機処理が施された上で内燃機関２０が始動するようになる。一方、プレヒートを実施することなく、例えば時刻ｔ２に内燃機関２０を始動すると、冷却水温ＴＨＷが初期値ＴＨＷｉｎｔから目標値ＴＨＷｔｒｇｔまで上昇するために比較的長期期間を要し、その期間中は、暖機が完了しないまま内燃機関２０が運転されることになる（二点鎖線Ｌ３で図示）。
【００４６】
なお、プレヒートの完了時刻と内燃機関２０の始動時刻とは、できる限り近似するのが望ましいが、図５（ｂ）における推移曲線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を比較して明らかなように、プレヒートの完了前に内燃機関２０が始動したり、プレヒートの完了後所定期間を経て内燃機関２０が始動するような場合であっても、両時刻間の偏差が十分に小さければ、プレヒートは、内燃機関２０の暖機を促進する制御として十分有意な効果を奏する。
【００４７】
〔プレヒートを開始するための制御手順〕
以下、プレヒートを開始するための具体的な制御手順について、フローチャートを参照して説明する。
【００４８】
図６には、車両が、内燃機関２０を停止したままモータ３０の動力によって走行している際、プレヒートを実施するための制御ルーチンを示す。本ルーチンは、エンジンシステム１の作動中、ＥＣＵ９０を通じて周期的に実行される。
【００４９】
本ルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ９０は先ず、内燃機関２０が停止状態（非燃焼状態）にあるか否か（ステップＳ１００）、さらに、車両が走行中であるか否か（ステップＳ１０１）を判断する。そして、内燃機関２０が停止状態にあって、且つ、車両が走行中である場合にのみステップＳ１０２に移行し、それ以外の場合にはステップＳ１２０に移行する。
【００５０】
ステップＳ１２０においてＥＣＵ９０は、プレヒートを実行している最中であれば、当該プレヒートの実行を中断して本ルーチンを一旦抜ける。また、現時点においてプレヒートを実行していなければ、何らの処理を行うことなく本ルーチンを一旦抜ける。
【００５１】
一方、上記ステップＳ１００，Ｓ１０１において、内燃機関２０が停止状態にあって、且つ、車両が走行中であると判断した場合、ＥＣＵ９０は、続く一連のステップＳ１０２〜Ｓ１０４において、内燃機関２０の始動（始動要求）に先立って発生する各種事象の発生の有無を検知する。
【００５２】
例えば、内燃機関２０を停止した状態で車両が走行している場合、図７のタイムチャートに示すように、バッテリ８０の充電量が徐々に減少することになるため、その充電量が所定量Ｅ２を下回った場合、内燃機関２０が始動する（時刻ｔ２）。内燃機関２０が始動すると、クランクシャフトの回転力が動力分割機構５０を介してジェネレータ４０に伝達され、ジェネレータ４０が発電を開始する。よって、バッテリ８０の充電量が回復する。そこでＥＣＵ９０は、バッテリ８０の充電量が減少傾向にある条件下において、バッテリ８０の充電量が所定値Ｅ１（Ｅ１＞Ｅ２）を下回ったと判断した場合（ステップＳ１０２）、内燃機関２０の始動要求に先立ちプレヒートを開始（継続）する（ステップＳ１１０）。
【００５３】
また同じく、内燃機関２０を停止した状態で車両が走行している場合であって、車速が所定値Ｖ２を上回ること、或いは車両の加速度が所定値ＡＣＣ２を上回ることにより、モータ３０の発生し得る動力が、エンジンシステム１全体に要求される動力を上回るようになる。そこでＥＣＵ９０は、車速が所定値Ｖ１（Ｖ１＜Ｖ２）を上回ったと判断した場合、或いは車両の加速度がＡＣＣ１（ＡＣＣ１＜ＡＣＣ２）を上回ったと判断した場合（ステップＳ１０３）、所定期間後における内燃機関２０の始動要求の発生を予測し、内燃機関２０の始動要求に先立ちプレヒートを開始（継続）する（ステップＳ１１０）。
【００５４】
また、車両の運転者の特定動作を直接検知し、その検知結果に基づいて、所定期間後における内燃機関２０の始動要求の発生を予測することもできる。すなわち、内燃機関２０を停止した状態で車両が走行している場合であって、アクセルペダルの踏込量が所定値Ｐ２を上回った場合、或いはアクセルペダルの単位時間当たり変位量が所定値Ｒ２を上回った場合（ステップＳ１０４）、内燃機関２０の始動要求の発生に先立ちプレヒートを開始（継続）する（ステップＳ１１０）。
【００５５】
また、車両の周辺位置に関する地理的な環境に基づいて、所定期間後における内燃機関２０の始動要求の発生を予測することもできる。すなわち、内燃機関２０を停止した状態で車両が走行している場合であって、ナビゲーションシステムを通じて提供される道路情報に基づき、急勾配の登り坂に接近していること、或いは高速道路の入口（例えば料金所）に接近していることを認識した場合（ステップＳ１０５）、内燃機関２０の始動要求の発生に先立ちプレヒートを開始（継続）する（ステップＳ１１０）。
【００５６】
このようにＥＣＵ９０は、一連のステップＳ１０２〜Ｓ１０５の何れかにおいて、所定期間内に内燃機関２０の始動要求の発生が予測されると判断した場合、ステップＳ１１０においてプレヒートを開始（継続）するとともに、本ルーチンを一旦抜ける。
【００５７】
一方、一連のステップＳ１０２〜Ｓ１０５の何れにおいても、所定期間内に内燃機関２０の始動要求の発生が予測されないと判断した場合、ＥＣＵ９０は、ステップＳ１０２における処理を経て本ルーチンを一旦抜ける。ステップＳ１２０において、プレヒートを実行している最中であれば当該プレヒートの実行を中断し、プレヒートを実行していなければ何らの処理を行わないことは、上述した通りである。
【００５８】
ＥＣＵ９０は、このような制御手順に従い、内燃機関２０を停止した状態で車両が走行している際、内燃機関２０の始動に先立ちプレヒートを開始する。
【００５９】
ここで、内燃機関とモータとが協働して車両を駆動するハイブリッドエンジンでは、その作動モードして、内燃機関を停止した状態でモータのみの動力を活用して車両を駆動するモードと、内燃機関の動力を活用して車両を駆動するモードとが比較的頻繁に切り替わる。言い換えれば、内燃機関が停止と始動とを頻繁に繰り返すことになる。このため、各回の始動時における内燃機関の暖機状態は、エンジンシステム１全体としての燃費効率や排気特性に大きな影響を及ぼすことになる。
【００６０】
本実施の形態にかかるエンジンシステム１は、図６のフローチャートにおけるステップＳ１０２〜Ｓ１０５で説明したように、バッテリ８０の充電量が不足したり、エンジンシステム１全体に要求される出力がモータ３０単独では賄えなくなることにより、内燃機関２０の始動が要求されるといった状況を、そのような始動要求に関連する特定の事象を検知することで、事前に予測することができる。そして、内燃機関２０の始動要求に先立ち、上記特定の事象の検知タイミング（時刻）と同期してプレヒートを開始する。これにより、暖機が略完了した状態で内燃機関を始動させ、エンジンシステム１全体としての燃費効率や排気特性を向上させることができる。
【００６１】
なお、本実施の形態にかかるエンジンシステム１に限らず、内燃機関とモータとが協働して動力を発生する他のハイブリッドエンジンに対しても、本発明の蓄熱装置を適用し得る。
【００６２】
例えば、エンジンシステム１のように、内燃機関２０及びモータ３０の何れもが直接的に搭載車両の駆動輪に動力を付与するシステムに限らず、例えばモータが単独で搭載車両の駆動輪に動力を付与する一方、内燃機関がモータに電力を供給する発電機としての役割を有するようなエンジンシステム（モータが直接的に、内燃機関が間接的に動力を提供するエンジンシステム）であっても、例えばモータを駆動するバッテリの充電量不足に起因する内燃機関の始動要求に先立ち、プレヒートを開始することにより、上記実施の形態と同等若しくはこれに準ずる効果を奏することができる。
【００６３】
また、本実施の形態にかかるエンジンシステム１は、プレヒートが完了したか否かに関わらず、（始動要求に応じて）内燃機関２０を始動させる制御構造を採用するが、プレヒートの完了を待って内燃機関２０を始動させる制御構造を採用してもよい。
【００６４】
また、本実施の形態におけるバッテリ８０に相当するものとしては、例えば、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウム電池等、充電及び放電の可能な種々の蓄電池を採用することができる。
【００６５】
また、本実施の形態では、内燃機関としてガソリンエンジンを備えたエンジンシステムに本発明を適用することとしたが、ディーゼルエンジン等、他の内燃機関を備えたエンジンシステムに対しても、本発明を適用して同等若しくはこれに準ずる効果を奏することができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のエンジンシステムによれば、暖機が略完了した状態で内燃機関を始動させ、エンジンシステム全体としての燃費効率や排気特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるエンジンシステムを示す概略構成図。
【図２】内燃機関及びモータ・ジェネレータの発生する動力や電力の伝達経路を説明する模式図。
【図３】蓄熱装置を含めた内燃機関の冷却系を概略的に示す構成図。
【図４】内燃機関の冷却系における冷却水の流路構成を例示する略図。
【図５】冷却水温の推移を示すタイムチャートの一例。
【図６】本実施の形態にかかるプレヒートを実施するための制御手順を示すフローチャート。
【図７】バッテリの充電量の推移を示すタイムチャートの一例。
【符号の説明】
１　ハイブリッドエンジン（エンジンシステム）
９，１０　駆動輪
９ａ，１０ａ　回転軸
２０　内燃機関
２１　吸気通路
２１ａ　スロットル弁
２２　排気通路
２４　クランクシャフト
３０，４０　モータ・ジェネレータ（モータとして機能する要素）
３１，４１　回転軸
５０　動力分割機構（動力伝達機構を構成）
６０　減速機
８０　バッテリ
９０　電子制御装置（ＥＣＵ）
１００　蓄熱容器
ＥＰ　機械式ウォータポンプ
ＭＰ　電動式ウォータポンプ

Claims

内燃機関と、モータと、前記内燃機関の発生する動力及び前記モータの発生する動力を車両の出力軸に伝達する動力伝達機構と、熱を蓄える蓄熱装置と、を備え、前記蓄熱装置の蓄えた熱を所定の熱媒体を通じて前記内燃機関に供給し該機関の暖機処理を行う車載用エンジンシステムであって、
前記モータが動力を発生し、且つ、前記内燃機関が停止している条件下で、前記内燃機関の始動要求に関連する事象を検知する検知手段と、
内燃機関の始動要求に関連する事象の検知タイミングと同期して、前記内燃機関の暖機処理を開始する制御手段と、
を備えることを特徴とする車載用エンジンシステム。
前記モータに電力を供給する充電可能なバッテリを備えて、
且つ、
前記検知手段は、前記バッテリの充電量が所定値を下回ったことを、前記内燃機関の始動要求に関連する事象として検知する請求項１記載の車載用エンジンシステム。
前記検知手段は、当該エンジンシステムに要求される出力が所定値を上回ったことを、前記内燃機関の始動要求に関連する事象として検知する請求項１記載の車載用エンジンシステム。
前記検知手段は、当該エンジンシステムの搭載車両の車速が所定値を上回ったこと、及び、当該エンジンシステムの搭載車両の加速度が所定値を上回ったことのうち、少なくとも一方を、前記内燃機関の始動要求に関連する事象として検知する請求項１記載の車載用エンジンシステム。
前記検知手段は、当該エンジンシステムの搭載車両に備えられたアクセルペダルの踏込量が所定値を上回ったこと、及び、当該エンジンシステムの搭載車両に備えられたアクセルペダルの踏込量の変化率が所定値を上回ったことのうち、少なくとも一方を、前記内燃機関の始動要求に関連する事象として検知する請求項１記載の車載用エンジンシステム。
当該エンジンシステムの搭載車両の周辺位置に関する地理的な情報を認識する認識手段を備えて、
且つ、
前記検知手段は、前記認識される地理的な情報に基づき、当該エンジンシステムの搭載車両に所定値を上回る出力が要求されると予測されることを、前記内燃機関の始動要求に関連する事象として検知する請求項１記載の車載用エンジンシステム。