JP2005351173A - 蓄熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】プレヒート時に、加熱された冷却水の内燃機関への供給流量を最適化することができる技術を提供する。
【解決手段】 内燃機関の冷間時に、蓄熱タンク内に保温したまま貯蔵された冷却水を電動ウォータポンプで内燃機関内の冷却水通路に供給する蓄熱システムにおいて、内燃機関の壁面の温度を推定する機関壁温推定手段と、蓄熱タンク内に貯蔵された冷却水の温度を推定するタンク内水温推定手段と、推定された壁面の温度と蓄熱タンク内に貯蔵された冷却水の温度との温度差に応じて電動ウォータポンプにて供給する冷却水の流量を制御する流量制御手段とを備える。そして、例えば、温度差が大きい程、加熱された冷却水の冷却水通路への供給流量が多くなるように制御することで、加熱された冷却水の内燃機関への供給流量を最適化することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、蓄熱タンク内に加熱された冷却水を貯蔵し、冷間始動時に当該加熱された冷却水を内燃機関内の冷却水通路に供給する蓄熱システムに関する。

自動車などに搭載される内燃機関が冷間状態で始動される場合には、吸気ポートや燃焼室等の壁面温度が低くなるため、燃料が気化・霧化し難くなり、始動性の低下や排気エミッションの悪化などが誘発されるおそれがある。

このような問題に対し、水冷式内燃機関において加熱されて高温となった冷却水を保温したまま貯蔵する蓄熱タンクを備え、内燃機関の始動時などに蓄熱タンクに貯蔵されている高温の冷却水を内燃機関へ供給することにより内燃機関の昇温を図り、以て始動性の向上や暖機の早期化を図る蓄熱システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１に記載された内燃機関に適用される蓄熱システムにおいては、内燃機関を循環する冷却水の一部を保温したまま貯蔵する蓄熱タンクと、内燃機関から駆動力を得て稼動するメカニカルポンプとは別に蓄熱タンク内に貯蔵された冷却水を内燃機関に供給させる電動ポンプとを備える。そして、内燃機関から外部に向かう冷却水の流路途中に設けられた水温センサにより検出される冷却水の温度が所定温度より低い場合は、内燃機関が冷間状態にあると認識して、内燃機関の始動に先立って電動ポンプの作動を開始させ、蓄熱タンクから内燃機関へ加熱された冷却水の供給を行う、プレヒートを開始する。そして、その後電動ポンプの作動を所定時間継続させて加熱された冷却水を供給継続し、プレヒートを完了させ、プレヒート完了後の内燃機関運転時にはメカニカルポンプで冷却水を循環させる。

一方、水冷式内燃機関の冷却装置として、内燃機関から駆動力を得て稼動するメカニカルポンプで冷却水を循環させるのではなく、内燃機関と独立して電動ポンプを稼動して冷却水を循環させる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。これは、内燃機関の負荷に応じて冷却水の循環流量を変化させ、不必要なポンプ仕事の低減を図るためである。そして、冷却水の循環流量を制御するにあたっては、内燃機関の冷却水入口側と冷却水出口側に温度センサを備え、これらの検出値を基に、冷却水出口側の冷却水温度と冷却水入口側での冷却水温度との差が所定温度となるようにしている。
特開２００２−３８９４７号公報 特開２０００−４５７７４号公報 新谷治，「発行番号１１５００ 内燃機関の冷却装置」，トヨタ技術公開集，トヨタ自動車株式会社，２０００年１０月３１日，第１１９巻，ｐ．１４５−１４６

上述した蓄熱システムを備えた内燃機関においても、メカニカルポンプと電動ポンプを併存するのではなく、電動ポンプのみを備え、電動ポンプのみでプレヒートから内燃機関運転時まで冷却水の循環（供給）流量を最適化することで、搭載性向上、コスト削減を図ることが望まれる。そして、かかる構成においても、内燃機関を早期に暖機させるとともに、電動ウォータポンプを駆動させるのに必要となる駆動力を最適化するために、プレヒート時における加熱された冷却水の供給流量の最適化を図ることが重要となる。

また、特許文献２に記載の内燃機関のように内燃機関の冷却水入口側と冷却水出口側に温度センサを備えてこれらの検出値を基に循環流量を制御するのではなく、安価に冷却水の循環（供給）流量を最適化することが望まれる。

本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蓄熱システムでのプレヒート時に、加熱された冷却水の内燃機関への供給流量を最適化することができる技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る蓄熱システムにあっては、加熱された冷却水を蓄熱タンク内に保温したまま貯蔵し、内燃機関の冷間時に保温された冷却水を電動ウォータポンプで内燃機関内の冷却水通路に供給して暖機を促進する蓄熱システムにおいて、前記冷却水通路近傍の内燃機関の壁面の温度を推定する機関壁温推定手段と、前記蓄熱タンク内に貯蔵された冷却水の温度を推定するタンク内水温推定手段と、前記機関壁温推定手段にて推定された壁面の温度と前記タンク内水温推定手段にて推定された冷却水の温度との温度差に応じて前記電動ウォータポンプにて供給する冷却水の流量を制御する流量制御手段と、を備えたことを特徴とする。

ここで、機関壁温推定手段が推定する内燃機関の壁面としては、吸気ポート壁面、燃焼室壁面あるいはシリンダ壁面等を例示することができる。そして、このように構成された蓄熱システムにおいては、流量制御手段が、機関壁温推定手段にて推定された壁面の温度とタンク内水温推定手段にて推定された冷却水の温度との温度差に応じて電動ウォータポンプにて供給する冷却水の流量を制御する。例えば、流量制御手段が、蓄熱タンク内に貯蔵されている冷却水の温度と推定された壁面の温度の温度差が大きい程、加熱された冷却水の冷却水通路への供給流量が多くなるように制御することで、温度差が大きい時には早期に内燃機関を暖機することができる。特に吸気ポートが早期に暖められることにより吸気ポートに付着する燃料を低減することで内燃機関から排出される未燃ＨＣの低減を図ることができる。一方、温度差が小さい時には供給流量が少なくなるように制御するので、電動ウォータポンプを駆動させるのに必要となる駆動力を小さくすることができる。これらのことにより、プレヒート時に、加熱された冷却水の供給流量の最適化を図ることができる。

また、本発明に係る蓄熱システムにあっては、加熱された冷却水を蓄熱タンク内に保温したまま貯蔵し、内燃機関の冷間時に保温された冷却水を電動ウォータポンプで内燃機関内の冷却水通路に供給して暖機を促進する蓄熱システムにおいて、前記冷却水通路近傍の内燃機関の壁面の温度を推定する機関壁温推定手段と、前記機関壁温推定手段にて推定された壁面の温度と当該壁面の温度の目標温度との温度差に応じて前記電動ウォータポンプにて供給する冷却水の流量を制御する流量制御手段と、を備えたことを特徴とする。

このように構成された蓄熱システムにおいては、流量制御手段が、推定された壁面の温度と当該壁面の温度の目標温度との温度差に応じて電動ウォータポンプにて供給する冷却水の流量を制御する。そして、例えば、流量制御手段が、推定された壁面の温度と当該壁面の温度の目標温度との温度差が大きい程、加熱された冷却水の冷却水通路への供給流量が多くなるように制御することで、温度差が大きい時には早期に内燃機関を暖機することができる。一方、温度差が小さい時には供給流量が少なくなるように制御するので、電動ウォータポンプを駆動させるのに必要となる駆動力の効率化を図ることができる。これらのことにより、プレヒート時に、加熱された冷却水の供給流量の最適化を図ることができる。

また、上述した蓄熱システムにおける機関壁温推定手段は、前記内燃機関の各気筒にお
ける壁面の温度を推定するものであり、前記流量制御手段は、更に前記機関壁温推定手段にて推定される各気筒における壁面の温度の温度差が小さくなるように前記電動ウォータポンプにて供給する冷却水の流量を制御することが好適である。

このように流量制御手段が、各気筒における壁面の温度の温度差が小さくなるように前記電動ウォータポンプにて供給する冷却水の流量を制御することにより、内燃機関始動時に気筒間で燃料噴射量に差が生じないようにすることができるので内燃機関から排出される未燃ＨＣの低減を図ることができる。

また、前記内燃機関は、前記機関壁温推定手段にて推定される各気筒における壁面の温度の温度差に応じて各気筒に供給される燃料量が補正されることが好適である。これにより、内燃機関始動時に気筒間で壁面の温度の差が生じていたとしても、早期に各気筒における壁面の温度の差がなくなるようになるので、内燃機関から排出される未燃ＨＣの低減を図ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、蓄熱システムでのプレヒート時に、加熱された冷却水の内燃機関への供給流量を最適化することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を以下の実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本実施例に係る蓄熱システムを備えた内燃機関１とその冷却水循環系の概略構成を示す図である。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、自動車等に搭載される内燃機関である。

内燃機関１は、直列４気筒であり、シリンダヘッド１ａ、シリンダヘッドの下部に連結されたシリンダブロック１ｂ等を備えて構成される。そして、シリンダヘッド１ａ及びシリンダブロック１ｂには熱媒体としての水が循環するための通路である機関内冷却水通路１ｃが設けられている。そして、図１に示すように、機関内冷却水通路１ｃの出口側には、車室内暖房用のヒータコア３に冷却水を導くヒータ側冷却水通路４とラジエータ５に冷却水を導くラジエータ側冷却水通路６が接続されている。

また、内燃機関１にはヒータ側冷却水通路４とラジエータ側冷却水通路６を流通してきた冷却水を外部から吸い込み、第１気筒（＃１）側から機関内冷却水通路１ｃに冷却水を送り込む電動ウォータポンプ２が備えられている。この電動ウォータポンプ２は、バッテリ（図示省略）を駆動源とするウォータポンプであり、後述するＥＣＵの指令信号により電圧が印加されると、その印加電圧に応じた分の流量の冷却水を機関内冷却水通路１ｃに送り込む。

また、ヒータ側冷却水通路４には、ヒータコア３を迂回するためのヒータバイパス通路７が形成されている。そして、ヒータバイパス通路７の途中には、蓄熱タンク８が備えられている。蓄熱タンク８は、内部と外部とを断熱する断熱材により囲まれ、内部に貯蔵した冷却水を長時間保温することができる保温容器である。

また、ヒータバイパス通路７には開閉弁９が設けられている。この開閉弁９は、後述するＥＣＵの指令信号によりＯＮにされると開いてヒータバイパス通路７に冷却水を流通させ、ＯＦＦにされると閉じてヒータバイパス通路７に冷却水を流通させないようにする。つまり、開閉弁９が開いている状態で電動ウォータポンプ２が駆動されると、蓄熱タンク８に貯蔵されていた冷却水が機関内冷却水通路１ｃに送り込まれ、それと入れ替わりに蓄熱タンク８に新たな冷却水が貯蔵される。また、蓄熱タンク８出口近傍のヒータバイパス通路７には、蓄熱タンク８から排出された冷却水の温度に対応した電気信号を出力する出口水温センサ１０が設けられている。

ラジエータ側冷却水通路６には、ラジエータ５を迂回するためのラジエータバイパス通路１１が接続されており、ラジエータ側冷却水通路６とラジエータバイパス通路１１の接続部にはサーモスタット１２が設けられている。そして、ラジエータバイパス通路１１を通過しサーモスタット１２へ到達した冷却水の温度が所定温度（約８０〜９０℃）に達していない場合は、サーモスタット１２が閉じ、ラジエータ側冷却水通路６は遮断されるので、冷却水はラジエータバイパス通路１１を通過し電動ウォータポンプ２へ流入する。一方、ラジエータバイパス通路１１を通過しサーモスタット１２へ到達した冷却水の温度が所定温度に達している場合は、サーモスタット１２が開き、冷却水はラジエータ側冷却水通路６を介してラジエータ５に流入し、その後電動ウォータポンプ２へ流入する。

このように構成された蓄熱システムを備えた内燃機関１には、当該内燃機関等を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１３が併設されている。この
ＥＣＵ１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる算術論理演算回路である。

ＥＣＵ１３には、上述した出口水温センサ１０、シリンダヘッド１ａ側の機関内冷却水通路１ｃ内を流通する冷却水の温度に対応した電気信号を出力する機関内水温センサ１４等が電気的に接続され、それらの出力信号がＥＣＵ１３へ入力されるようになっている。更に、ＥＣＵ１３は、電動ウォータポンプ２と電気的に接続され、ＥＣＵ１３が、電動ウォータポンプ２を制御することで冷却水の循環流量を制御することが可能になっている。また、ＥＣＵ１３は、開閉弁９と電気的に接続され、ＥＣＵ１３が開閉弁９を制御することで当該冷却水循環系における冷却水の循環経路を変更することが可能になっている。また、ＥＣＵ１３は、電気的に接続された燃料噴射弁（図示省略）を制御することで周知の燃料噴射量制御をも実行することができる。

そして、本発明の実施例に係る蓄熱システムを備えた内燃機関においては、内燃機関１が冷間時に始動される前に内燃機関１を暖機するときには、内燃機関１の始動前から、蓄熱タンク８内に貯蔵された高温の冷却水（以下、「温水」という場合もある。）を機関内冷却水通路１ｃに供給するプレヒートを実行する。かかる場合の冷却水の循環経路について示したのが図２であり、本図の矢印が冷却水の流れを示す。

プレヒートを実行するにあたっては、ＥＣＵ１３は、開閉弁９を開き、バッテリから電力を供給して電動ウォータポンプ８を駆動させる。その結果、図２に示した矢印のように温水が流れる。そして、前回までの内燃機関１の運転中または運転停止後に回収され蓄熱タンク８内に貯蔵されていた温水が、蓄熱タンク８から流出し、機関内冷却水通路１ｃに供給される。そして、温水の熱の一部は、機関内冷却水通路１ｃの壁面へ伝わり、内燃機関１が加熱され暖機される。また、その分熱を失った温水の温度は低下する。温度が低下した温水は、ラジエータバイパス通路１１を通過しサーモスタット１２へ到達するが、到達した温水の温度は機関内冷却水通路１ｃを流通する際に熱を奪われたことにより温度が低下し、サーモスタット１２が開く前記所定温度に達していないため、あるいは蓄熱タンク８内に貯蔵された温水の温度は前記所定温度以下に設定されているため、サーモスタッ
ト１２は閉じたままとなり温水が矢印のように循環する。

そして、プレヒート時に機関内冷却水通路１ｃに供給される温水の流量は以下のように決定される。以下、具体的に本実施例における、プレヒート時における温水の供給流量制御について図３に基づいて説明する。

図３は、プレヒート時の供給流量制御の制御ルーチンを示すフローチャート図である。本ルーチンは、予めＥＣＵ１３に記憶されており、プレヒートが実行されている間、所定時間毎に繰り返されるルーチンである。

本ルーチンにおいて、先ずＥＣＵ１３は、ステップ（以下、「Ｓ」という。）１０１において、蓄熱タンク８内に貯蔵されている冷却水の温度ＴＨＷを推定する。これは、出口水温センサ１０の出力値を基に検出された温水の温度とＴＨＷは等しいとして推定するものである。なお、蓄熱タンク８内に貯蔵されている冷却水の温度ＴＨＷを直接検出可能なセンサを蓄熱タンク８に備え、ＴＨＷを検出してもよい。

その後Ｓ１０２へ進み、内燃機関１の各気筒における壁面の温度（以下、「壁温」という場合もある。）ＴＨＰＷ１〜ＴＨＰＷｎ（ｎ＝気筒数）を推定する。本実施例に係る内燃機関１は４気筒の内燃機関であるので、第１気筒（＃１）〜第４気筒（＃４）の壁温ＴＨＰＷ１〜ＴＨＰＷ４を推定する。なお、壁面としては、吸気ポート壁面、燃焼室壁面あるいはシリンダ壁面等を例示することができる。ただし、吸気ポートへ燃料を噴射する内燃機関においては、吸気ポート壁面への燃料付着が支配的であり、この部分を暖めて燃料気化を促進させることが重要であるため、吸気ポート周辺に機関内冷却水通路１ｃを形成しプレヒート時に温水を供給してこの部分を暖めるのが好適である。そして、推定する温度も吸気ポート壁面とする。

また、燃料噴射量等の制御に用いる機関内水温センサ１４はシリンダヘッド１ａに装着されているが、この水温センサは応答性が低いためプレヒート中は壁温に比べ低い値を示し、またシリンダヘッド内の水温を検出しているためプレヒート後は壁温よりも高い値になる。そのため、本実施例における蓄熱システムにおいては、機関内水温センサ１４の値でプレヒート時の電動ウォータポンプ２による温水の供給流量あるいはプレヒート後の燃料噴射量増量補正を精度よく実施することは困難となる。

そこで、図４に示した流れのようにして各気筒の吸気ポート壁面の温度を推定する。
前処理として、まず出口水温センサ１０そのものの応答遅れの修正（Ａ）とプレヒート中の冷却水流量の計算（Ｂ）を行う。応答遅れの修正（Ａ）は単純な一時遅れの修正とする。冷却水流量の計算（Ｂ）は蓄熱タンク８出口近傍に備えられた出口水温センサ１０の値とシリンダヘッド１ａ内に装着された機関内水温センサ１４が供給された温水に反応するのにかかる時間差とその間の容積をもとに行う。

次に、（Ａ）、（Ｂ）の結果をもとに吸気ポート壁面の温度を推定（Ｃ）する。これは、機関内冷却水温度の初期値、修正されたタンク出口水温（Ａ）と流量計算値（Ｂ）を入力として、各ポートの壁温を計算するものである。その際、吸気ポートからシリンダブロック１ｂ等の周りに逃げる熱は外気への放熱とは別に考慮し、熱伝達・熱伝導を表す係数と比熱による係数は、いくつかの条件における実車測温データをもとに最適化する。

Ｓ１０２にて各気筒の壁温を推定した後はＳ１０３へ進み、電動ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）２による基本供給流量Ｖｗ１を決定する。これは、Ｓ１０１にて算出した蓄熱タンク８内に貯蔵されている冷却水の温度ＴＨＷとＳ１０２にて推定した各気筒における壁面の温度（壁温）ＴＨＰＷ１〜ＴＨＰＷｎの最小値との差、つまりＴＨＷ−ＭＩＮ（ＴＨＰＷ
１〜ＴＨＰＷｎ）を、予め作成され記憶された図５のようなマップに代入することにより算出するものである。

なお、ＴＨＷ−ＭＩＮ（ＴＨＰＷ１〜ＴＨＰＷｎ）が非常に高い場合に、それに応じて供給流量を多くしてしまうと、電動ウォータポンプ２への印加電圧が非常に高くなりその分バッテリ電圧を消費するので燃費が悪化するおそれがある。そのため、図５に示すようにＴＨＷ−ＭＩＮ（ＴＨＰＷ１〜ＴＨＰＷｎ）が所定温度より高い場合には上限ガードを設けている。

その後Ｓ１０４へ進み、電動ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）２による補正供給流量Ｖｗ２を決定する。これは、温水の入口側（最上流側）の気筒の吸気ポート壁温と出口側（最下流側）の気筒の吸気ポート壁温の差、つまり｜ＴＨＰＷ１−ＴＨＰＷｎ｜（内燃機関１においては｜ＴＨＰＷ１−ＴＨＰＷ４｜）を、予め作成され記憶された図６のようなマップに代入することにより算出するものである。これにより、内燃機関１の冷却水流れ方向の最上流側の気筒と最下流側の気筒の壁温の温度差が小さくなるように電動ウォータポンプ２にて供給する温水の流量が補正されることとなる。その結果、全ての気筒の壁温の温度差が小さくなる。

その後Ｓ１０５へ進み、Ｓ１０３で算出した基本供給流量Ｖｗ１にＳ１０４で算出した補正供給流量Ｖｗ２を加算した供給流量Ｖｗを電動ウォータポンプ２が機関内冷却水通路１ｃに供給するように電動ウォータポンプ２に指令信号を出力する。

このようにしてプレヒート時の電動ウォータポンプ２による供給流量を制御することにより、蓄熱タンク８内に貯蔵されている冷却水の温度ＴＨＷと推定された内燃機関の壁温の温度差が大きい時は温水の供給流量が多くなるので早期に暖機することができるとともに、温度差が小さい時は供給流量が少なくなるように電動ウォータポンプ２への印加電圧が制御され、余分な動力が使われなくなるので、電動ウォータポンプ２の駆動力の効率化を図ることができる。

また、特に吸気ポートが早期に暖められることにより吸気ポートに付着する燃料を低減することで内燃機関１から排出される未燃ＨＣの低減を図ることができる。また、内燃機関１の壁温が上昇すると燃焼が安定し、点火時期の遅角限界も拡大することができる。また、内燃機関１から排出される排気ガスの温度も上昇させることができるので、触媒の早期暖機性向上にも有効である。また、吸気ポート壁温の気筒間差をなくすことにより、内燃機関始動時に気筒間で燃料噴射量に差が生じないようにすることができるので内燃機関１から排出される未燃ＨＣの低減を図ることができる。

ところで、ＥＣＵ１３は、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、各種センサの出力信号の入力、機関回転数の演算、燃料噴射量の演算、燃料噴射時期の演算等を実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＵ１３が入力した各種信号やＥＣＵ１３が演算して得られた各種制御値は、該ＥＣＵ１３のＲＡＭに一時的に記憶される。

燃料噴射量を演算する場合には、ＥＣＵ１３は、下記の式（１）に基づき最終燃料噴射量Ｑｆｉｎを算出する。
Ｑｆｉｎ＝Ｑｂｓｅ×ＦＡＦ×ＫＧ（ｉ）×Ａ……（１）
Ｑｂｓｅ：基本燃料噴射量
ＦＡＦ：フィードバック補正係数
ＫＧ（ｉ）：空燃比学習値
Ａ：増量係数

更に、ＥＣＵ１３は、各種のセンサやスイッチからの信号の入力、一定時間の経過、或いはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガーとした割り込み処理において、ＲＡＭから各種制御値を読み出し、それら制御値に従って燃料噴射弁（図示省略）を制御する。

そして、本実施例においては、プレヒート後の内燃機関１の始動時の各気筒の壁温を推定し、当該推定した壁温に応じて燃料噴射量を増量させるように前記増量係数Ａを決定する。

図７は、プレヒート後の始動時の各気筒の燃料噴射量算出の増量係数Ａを決定するための制御ルーチンを示すフローチャート図である。本ルーチンは、予めＥＣＵ１３に記憶されており、プレヒート後の始動時に所定時間毎に繰り返されるルーチンである。

本ルーチンにおいて、先ずＥＣＵ１３は、Ｓ２０１において、各気筒の壁温ＴＨＰＷ１〜ＴＨＰＷｎ（ｎ＝気筒数）を推定する。本実施例においては、内燃機関１として４気筒の内燃機関を例示しているので、第１気筒（＃１）〜第４気筒（＃４）の壁温ＴＨＰＷ１〜ＴＨＰＷ４を推定する。これは、図４に示したフローチャートにおけるＳ１０２と同じ処理であり、その詳細な説明は省略する。

その後Ｓ２０２へ進み、各気筒における燃料噴射量算出用の増量係数Ａを決定する。これは、Ｓ２０１にて算出した第Ｘ番目気筒の壁温の推定温度ＴＨＰＷｘを、予め作成され記憶された図８のようなマップに代入することにより算出するものである。

そして、このようにして各気筒における増量係数Ａを算出すると、ＥＣＵ１３は、当該増量係数Ａ、上記の式（１）に基づいて最終燃料噴射量Ｑｆｉｎを算出し、当該Ｑｆｉｎを噴射するように燃料噴射弁を制御する。

これにより、内燃機関始動時に気筒間で壁面の温度の差が生じていたとしても、早期に各気筒における壁面の温度の差がなくなるようになるので、内燃機関から排出される未燃ＨＣの低減を図ることができる。

本実施例は実施例１に対して、プレヒート時における温水の供給流量制御が異なるだけであり、その他については実施例１と同じであるのでその詳細な説明は省略する。

図９は、プレヒート時の供給流量制御の制御ルーチンを示すフローチャート図である。本ルーチンは、予めＥＣＵ１３に記憶されており、プレヒートが実行されている間、所定時間毎に繰り返されるルーチンである。

本ルーチンにおいて、先ずＥＣＵ１３は、Ｓ３０１において、内燃機関１の壁面の温度（壁温）の目標温度ＴＨＰＷｒｅｆを算出する。これは、ＩＧスイッチがＯＮにされた時など、プレヒートを実行する前に機関内水温センサ１４にて検出された値（機関内冷却水温度）を、予め作成され記憶された図１０に示したようなマップに代入することにより算出するものである。プレヒート時の目標壁温温度は可能な限り高い方が好ましいが、蓄熱タンク８に貯蔵できる冷却水の量には制限があるので、図１０に示したマップでは、プレヒートを実行する前の機関内冷却水温度が低くなっていく程、目標壁温温度ＴＨＰＷｒｅｆを低くなるようにしている。なお、壁面としては、上述したように吸気ポート壁面、燃焼室壁面あるいはシリンダ壁面等を例示することができるが、本実施例においては吸気ポート壁面とする。

その後Ｓ３０２へ進み、各気筒の壁温ＴＨＰＷ１〜ＴＨＰＷｎ（ｎ＝気筒数）を推定する。本実施例においては、内燃機関１として４気筒の内燃機関を例示しているので、第１気筒（＃１）〜第４気筒（＃４）の壁温ＴＨＰＷ１〜ＴＨＰＷ４を推定する。これは、図４に示したフローチャートにおけるＳ１０２と同じ処理であり、その詳細な説明は省略する。

その後、Ｓ３０３へ進み、電動ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）２による基本供給流量Ｖｗ１を決定する。これは、Ｓ３０１にて算出した壁温の目標温度ＴＨＰＷｒｅｆとＳ３０２にて推定した各気筒の壁温ＴＨＰＷ１〜ＴＨＰＷｎの最小値との差、つまりＴＨＰＷｒｅｆ−ＭＩＮ（ＴＨＰＷ１〜ＴＨＰＷｎ）を、予め作成され記憶された図１１のようなマップに代入することにより算出するものである。なお、ＴＨＰＷｒｅｆ−ＭＩＮ（ＴＨＰＷ１〜ＴＨＰＷｎ）が非常に高い場合に、それに応じて供給流量を多くしてしまうと、電動ウォータポンプ２への印加電圧が非常に高くなりその分バッテリ電圧を消費することになるので燃費が悪化するおそれがある。そのため、図１１に示すようにＴＨＰＷｒｅｆ−ＭＩＮ（ＴＨＰＷ１〜ＴＨＰＷｎ）が所定温度より高い場合には上限ガードを設けている。

その後Ｓ３０４へ進み、電動ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）による補正供給流量Ｖｗ２を決定する。これは、図３のフローチャート図におけるＳ１０４と同じ処理であり、温水の入口側（最上流側）の気筒の吸気ポート壁温と出口側（最下流側）の気筒の吸気ポート壁温の差、つまり｜ＴＨＰＷ１−ＴＨＰＷｎ｜（内燃機関１においては｜ＴＨＰＷ１−ＴＨＰＷ４｜）を、予め作成され記憶された図６のようなマップに代入することにより算出するものである。これにより、内燃機関１の冷却水流れ方向の最上流側の気筒と最下流側の気筒の壁温の温度差が小さくなるように電動ウォータポンプ２にて供給する温水の流量が補正されることとなる。その結果、全ての気筒の壁温の温度差が小さくなる。

その後Ｓ３０５へ進み、Ｓ３０３で算出した基本供給流量Ｖｗ１にＳ３０４で算出した補正供給流量Ｖｗ２を加算した供給流量Ｖｗを電動ウォータポンプ２が機関内冷却水通路１ｃに供給するように電動ウォータポンプ２に指令信号を出力する。

このようにしてプレヒート時の電動ウォータポンプ２による供給流量を制御することにより、プレヒート時の目標壁温温度ＴＨＰＷｒｅｆと推定された内燃機関の壁温の温度差が大きい時は温水の供給流量が多くなるので早期に暖機することができるとともに、温度差が小さい時は供給流量が少なくなるように電動ウォータポンプ２への印加電圧が制御され、余分な動力が使われなくなるので、電動ウォータポンプ２の駆動力の効率化を図ることができる。

また、特に吸気ポートが早期に暖められることにより吸気ポートに付着する燃料を低減することで内燃機関１から排出される未燃ＨＣの低減を図ることができる。また、内燃機関１の壁温が上昇すると燃焼が安定し、点火時期の遅角限界も拡大することができる。また、内燃機関１から排出される排気ガスの温度も上昇させることができるので、触媒の早期暖機性向上にも有効である。

また、吸気ポート壁温の気筒間差をなくすことにより、内燃機関始動時に気筒間で燃料噴射量に差が生じないようにすることができるので内燃機関１から排出される未燃ＨＣの低減を図ることができる。さらに、本実施例においては、蓄熱タンク８に貯蔵された冷却水の温度を推定することなしに、つまり出口水温センサ１０を備えなくても、温水の内燃機関への供給流量を最適化することができるので、搭載性向上、コスト削減を図ることができる。

また、本実施例においても、プレヒート後の内燃機関１の始動時の各気筒の壁温を推定
し、当該推定した壁温に応じて燃料噴射量を増量させるようにすることが好適であるのは実施例１と同じである。また、その処理も実施例１と同じであるので詳細な説明は省略する。

実施の形態に係る蓄熱システムを備えた内燃機関の概略構成を示す図である。 実施の形態に係る蓄熱システムを備えた内燃機関におけるプレヒート時の温水の流れを示す図である。 実施例１に係るプレヒート時の供給流量制御の制御ルーチンを示すフローチャート図である。 実施例に係る各気筒の吸気ポート壁面の温度の推定の流れを示す図である。 蓄熱タンク内に貯蔵されている冷却水の温度ＴＨＷと各気筒の推定壁温ＴＨＰＷ１〜ＴＨＰＷｎの最小値との差と、電動ウォータポンプの基本供給流量Ｖｗ１との関係を示すマップである。 温水の入口側（最上流側）の気筒の吸気ポート壁温と出口側（最下流側）の気筒の吸気ポート壁温の差と、電動ウォータポンプの補正供給流量Ｖｗ２との関係を示すマップである。 プレヒート後の始動時の各気筒の燃料噴射量算出用の増量係数Ａを決定するための制御ルーチンを示すフローチャート図である。 第Ｘ番目気筒の壁温の推定温度ＴＨＰＷｘと増量係数Ａとの関係を示すマップである。 実施例２に係るプレヒート時の供給流量制御の制御ルーチンを示すフローチャート図である。 プレヒートを実行する前に機関内水温センサにて検出された値（機関内冷却水温度）と、内燃機関の目標壁温ＴＨＰＷｒｅｆとの関係を示すマップである。 目標壁温ＴＨＰＷｒｅｆと各気筒の推定壁温ＴＨＰＷ１〜ＴＨＰＷｎの最小値との差と、電動ウォータポンプの基本供給流量Ｖｗ１との関係を示すマップである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 電動ウォータポンプ
３ ヒータコア
４ ヒータ側冷却水通路
５ ラジエータ
６ ラジエータ側冷却水通路
７ ヒータバイパス通路
８ 蓄熱タンク
９ 開閉弁
１０ 出口水温センサ
１１ ラジエータバイパス通路
１２ サーモスタット
１３ ＥＣＵ
１４ 機関内水温センサ

Claims (4)

1. 加熱された冷却水を蓄熱タンク内に保温したまま貯蔵し、内燃機関の冷間時に保温された冷却水を電動ウォータポンプで内燃機関内の冷却水通路に供給して暖機を促進する蓄熱システムにおいて、
   前記冷却水通路近傍の内燃機関の壁面の温度を推定する機関壁温推定手段と、
   前記蓄熱タンク内に貯蔵された冷却水の温度を推定するタンク内水温推定手段と、
   前記機関壁温推定手段にて推定された壁面の温度と前記タンク内水温推定手段にて推定された冷却水の温度との温度差に応じて前記電動ウォータポンプにて供給する冷却水の流量を制御する流量制御手段と、
   を備えたことを特徴とする蓄熱システム。
2. 加熱された冷却水を蓄熱タンク内に保温したまま貯蔵し、内燃機関の冷間時に保温された冷却水を電動ウォータポンプで内燃機関内の冷却水通路に供給して暖機を促進する蓄熱システムにおいて、
   前記冷却水通路近傍の内燃機関の壁面の温度を推定する機関壁温推定手段と、
   前記機関壁温推定手段にて推定された壁面の温度と当該壁面の温度の目標温度との温度差に応じて前記電動ウォータポンプにて供給する冷却水の流量を制御する流量制御手段と、
   を備えたことを特徴とする蓄熱システム。
3. 前記機関壁温推定手段は、前記内燃機関の各気筒における壁面の温度を推定するものであり、
   前記流量制御手段は、更に前記機関壁温推定手段にて推定される各気筒における壁面の温度の温度差が小さくなるように前記電動ウォータポンプにて供給する冷却水の流量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄熱システム。
4. 前記内燃機関は、前記機関壁温推定手段にて推定される各気筒における壁面の温度の温度差に応じて各気筒に供給される燃料量が補正されることを特徴とする請求項３に記載の蓄熱システム。

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