JP2023178572A - 暖房促進装置 - Google Patents

Abstract

【課題】暖房要求の指令時における暖房能力を高めることが可能な暖房促進装置を提供する。【解決手段】暖房促進装置１００は、ヒータコアと、エンジンの冷却水との熱交換により、排気ガスから排熱を回収する排熱回収機と、暖房要求の指令に応じて排熱回収機の作動および点火プラグ２６の点火時期を制御するコントローラ５０と、を備える。コントローラ５０は、暖房要求が指令されると、排熱回収機を作動させるとともに、暖房要求が指令されないときよりも、点火時期を進角させるように、排熱回収機の作動および点火プラグ２６の点火時期を制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、車両の暖房動作を促進する暖房促進装置に関する。

従来より、ヒータ要求を満たすために、排熱回収機を介して排気熱を回収するようにエンジンの冷却水の流路を構成するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１記載の装置は、ヒータ要求熱量が充足されないとき、排熱回収機を通過する冷却水の流量を増加させる、または、排熱回収機とエンジンとに冷却水を通過させ、これによりヒータ要求を満たすように構成される。

特開２０１４－０３７７８５号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置のように、排熱回収機を介して冷却水の温度を上昇するだけでは、暖房の促進にとって十分とはいえず、改善の余地がある。

本発明の一態様である暖房促進装置は、燃料を含む混合気が供給される燃焼室と、燃焼室内で混合気を点火する点火部と、を有する内燃機関と、内燃機関を冷却する媒体との熱交換により、車室内に吹き出される空気を昇温するヒータコアと、媒体との熱交換により、内燃機関から排気された排気ガスから排熱を回収する排熱回収機と、暖房要求を指令する指令部と、指令部による暖房要求の指令に応じて排熱回収機の作動および点火部の点火時期を制御する制御部と、を備える。制御部は、指令部により暖房要求が指令されると、排熱回収機を作動させるとともに、暖房要求が指令されないときよりも、点火時期を進角させるように、排熱回収機の作動および点火部の点火時期を制御する。

本発明によれば、暖房の促進効果を十分に高めることができる。

本発明の実施形態に係る暖房促進装置が適用されるエンジンの全体構成を概略的に示す図。 本発明の実施形態に係る暖房促進装置を構成する排熱回収機の周囲の構成を概略的に示す図。 本発明の実施形態に係る暖房促進装置の制御構成を示すブロック図。 排熱回収機の作動状態における点火プラグの点火時期とエンジンの熱収支との関係を示す図。 目標温度と車室温度との温度差と、進角量との関係を示す図。 目標温度と車室温度との温度差と、進角速度との関係を示す図。 図３のコントローラで実行される処理の一例を示すフローチャート。 本発明の実施形態に係る暖房促進装置の動作の一例を示すタイムチャート。 本発明の実施形態に係る暖房促進装置の動作の他の例を示すタイムチャート。

以下、図１～図８を参照して本発明の一実施形態について説明する。本発明の実施形態に係る暖房促進装置は、内燃機関としてのガソリンエンジンを搭載する車両に適用される。すなわち、エンジンのみを駆動源として走行するエンジン車およびエンジンと走行モータとを駆動源として走行するハイブリッド車両に適用される。以下では、特に、暖房促進装置を、ハイブリッド車両に適用する例を説明する。ハイブリッド車両は、エンジンを停止して走行モータの駆動力で走行する場合があり、走行モータを有しないエンジン車等に比べ、エンジンを停止する頻度が高い。

図１は、エンジン１の要部構成を概略的に示す図である。エンジン１は、火花点火式の内燃機関であり、動作周期の間に吸気、圧縮、膨張および排気の４つの行程を経る４ストロークエンジンである。吸気行程の開始から排気行程の終了までを、便宜上、エンジン１の燃焼行程の１サイクルまたは単に１サイクルと称する。エンジン１は４気筒、６気筒、８気筒等、複数の気筒を有するが、図１には、単一の気筒の構成を示す。なお、各気筒の構成は互いに同一である。

図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック１０に形成されたシリンダ１１と、シリンダ１１の内部に摺動可能に配置されたピストン１２と、ピストン１２の冠面（ピストン冠面）１２ａとシリンダヘッド１３との間に形成された燃焼室１４と、を有する。ピストン冠面１２ａには、例えばシリンダ内のタンブル流に沿うように凹部１２ｂが形成される。ピストン１２は、コンロッド１５を介してクランクシャフト１６に連結され、シリンダ１１の内壁に沿ってピストン１２が往復動することにより、クランクシャフト１６（エンジン出力軸に相当）が回転する。このクランクシャフト１６の回転は、図示しない減速機を介して車輪に伝達され、車輪が回転駆動される。

シリンダヘッド１３には、吸気ポート１７と排気ポート１８とが設けられる。燃焼室１４には、吸気ポート１７を介して吸気通路１７０が連通する一方、排気ポート１８を介して排気通路１８０が連通する。吸気ポート１７は吸気バルブ２１により開閉され、排気ポート１８は排気バルブ２２により開閉される。吸気バルブ２１の上流側の吸気通路１７０には、スロットルバルブ２３が設けられる。スロットルバルブ２３は、例えばバタフライ弁により構成され、スロットルバルブ２３により燃焼室１４への吸入空気量が調整される。吸気バルブ２１と排気バルブ２２とは動弁機構２５により開閉駆動される。

シリンダヘッド１３には、それぞれ燃焼室１４に臨むように点火プラグ２６および直噴式のインジェクタ２７が装着される。点火プラグ２６は、吸気ポート１７と排気ポート１８との間に配置され、電気エネルギーにより火花を発生し、燃焼室１４内の燃料と空気との混合気を点火する。

インジェクタ２７は、吸気バルブ２１の近傍に配置され、電気エネルギーにより駆動されて燃料を噴射する。より詳しくは、インジェクタ２７には、燃料ポンプを介して燃料タンクから高圧の燃料が供給される。インジェクタ２７は、燃料を高微粒子化して、燃焼室１４内に所定のタイミングで斜め下方に向けて燃料を噴射する。なお、インジェクタ２７の配置はこれに限らず、例えば点火プラグ２６の近傍に配置することもできる。

動弁機構２５は、吸気カムシャフト２５１と排気カムシャフト２５２とを有する。吸気カムシャフト２５１は、各気筒（シリンダ１１）にそれぞれ対応した吸気カム２５１ａを一体に有し、排気カムシャフト２５２は、各気筒にそれぞれ対応した排気カム２５２ａを一体に有する。吸気カムシャフト２５１と排気カムシャフト２５２とは、不図示のタイミングベルトを介してクランクシャフト１６に連結され、クランクシャフト１６が２回転する度にそれぞれ１回転する。

吸気バルブ２１は、吸気カムシャフト２５１の回転により、不図示の吸気ロッカーアームを介して、吸気カム２５１ａのプロファイルに応じた所定のタイミングで開閉する。排気バルブ２２は、排気カムシャフト２５２の回転により、不図示の排気ロッカーアームを介して、排気カム２５２ａのプロファイルに応じた所定のタイミングで開閉する。図示は省略するが、シリンダ１１の周囲には、エンジン１の冷却水が流れるウォータージャケットが設けられ、冷却水の流れによってエンジン１が冷却される。

排気通路１８０には、排気ガスを浄化するための触媒装置２が介装される。触媒装置２は、排ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化・還元作用によって除去・浄化する機能を有する三元触媒である。なお、排ガス中のＣＯ、ＨＣの酸化を行う酸化触媒等、他の触媒装置を用いることもできる。触媒装置２に含まれる触媒の温度が高くなると触媒が活性化し、触媒装置２による排ガスの浄化作用が高まる。

さらに排気通路１８０には、触媒装置２の下流かつ消音器の上流に排熱回収機が設けられる。図２は、排熱回収機３の周囲の構成を模式的に示す図である。図２に示すように、排気通路１８０は、略直線状に延在するメイン通路１８１と、分岐点１８０ａでメイン通路１８１から分岐し、合流点１８０ｂでメイン通路１８１に合流するバイパス通路１８２と、を有する。排熱回収機３は、バイパス通路１８２に設けられる。

合流点１８０ｂには、第１位置と第２位置とに切り換え可能な切換弁４が設けられる。切換弁４が第１位置に切り換えられると、メイン通路１８１が開放かつバイパス通路１８２が遮断され、排気ガスは、矢印Ａ１に示すように、メイン通路１８１を通過し、排熱回収機３をバイパスして排気される。切換弁４が第２位置に切り換えられると、メイン通路１８１が遮断かつバイパス通路１８２が開放され、排気ガスは、矢印Ａ２に示すようにバイパス通路１８２および排熱回収機３を通過して排気される。なお、メイン通路１８１を流れる排気ガスとバイパス通路１８２を流れる排気ガスの流量割合を連続的にまたは段階的に変更可能に切換弁４を構成し、これにより排熱回収機３を通過する排気ガスの流量を調整するようにしてもよい。

排熱回収機３には、排熱回収機３の内部を貫通し、冷却水通路１８３に連通する内部通路が設けられる。冷却水通路１８３には、不図示のウォーターポンプによって供給されたエンジン１の冷却水が流れる。排熱回収機３は、排気ガスと冷却水とが熱交換することで排気ガスから排熱を回収する熱交換器である。冷却水通路１８３には、排熱回収機３の下流にヒータコア５が設けられ、排熱回収機３で昇温された冷却水は、矢印Ａ３に示すようにヒータコア５を流れる。なお、図示は省略するが、冷却水通路１８３には、排熱回収機３への冷却水の流れを制御する制御弁が設けられ、制御弁により、排熱回収機３を通過する冷却水の流れが許容または禁止される。

切換弁４が第２位置に切り換えられた状態で、排熱回収機３を冷却水が流れると、排気ガスの熱によって排熱回収機３で冷却水が昇温され、排熱回収機３が作動状態となる。一方、切換弁４が第１位置に切り換えられると、排熱回収機３での冷却水の昇温は行われず、排熱回収機３は非作動状態となる。このように、排熱回収機３が作動または非作動は、切換弁４の切換により切り換えられる。

ヒータコア５は、冷却水と車室内に吹き出される空気とを熱交換する熱交換器であり、冷却水が通るチューブと放熱用フィンとを有する。ヒータコア５は、車両用空調装置の一部を構成し、暖房要求が指令されると、ヒータコア５で空気が加熱され、ファンの作動により車室内に温風が吹き出される。ヒータコア５を通過した冷却水は、不図示のラジエータで冷却され、冷却水通路１８３を循環する。

上述したように排気通路１８０に排熱回収機３を設けることで、冷却水が早期に昇温され、暖房効果を高めることができる。一方、乗員の快適性を高めるためには、暖房能力を一層向上することが好ましい。特に、ハイブリッド車両では、エンジン１を停止して走行モータの駆動によって車両が走行する頻度が高いため、排熱回収機３を設けただけでは、暖房の促進にとって十分とはいえない。そこで、本実施形態では、車両用空調装置の暖房能力をより向上するため、以下のように暖房促進装置を構成する。

図３は、本実施形態に係る暖房促進装置１００の制御構成を示すブロック図である。図３に示すように、暖房促進装置１００は、コントローラ５０を中心として構成され、コントローラ５０にそれぞれ接続された設定器５１と、室温センサ５２と、水温センサ５３と、吸気量センサ５４と、インジェクタ２７と、切換弁４と、点火プラグ２６と、スロットルアクチュエータ５５と、を有する。

設定器５１は、ユーザからの指令に応じて車室の目標温度を設定する。ユーザからの指令によらず、車両用空調装置の作動時に、所定温度（例えば２５度）を目標温度として設定するようにしてもよい。室温センサ５２は、車室の温度を検出する温度センサである。水温センサ５３は、冷却水の温度（冷却水温）を検出する温度センサである。吸気量センサ５４は、吸入空気量を検出するセンサであり、例えば吸気通路１７０に配置されたエアフロメータにより構成される。スロットルアクチュエータ５５は、スロットルバルブ２３を駆動する電動モータなどのアクチュエータである。図示は省略するが、コントローラ５０には、エンジン回転数を検出する回転数センサ、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサ、排気ガスの空燃比を検出するＡＦセンサなども接続される。

コントローラ５０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成され、ＣＰＵ等の演算部と、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶部と、その他の周辺回路とを有するコンピュータを含んで構成される。コントローラ３０は、機能的構成として、暖房要求部５０Ａと、インジェクタ制御部５０Ｂと、排熱回収機制御部５０Ｃと、点火プラグ制御部５０Ｄと、スロットル制御部５０Ｅとを有する。

暖房要求部５０Ａは、設定器５１により設定された目標温度Ｔａと、室温センサ５２により検出された車室温度Ｔとの大小を比較する。そして、目標温度Ｔａから車室温度Ｔを減算した温度差ΔＴが０より大きいとき、すなわち目標温度Ｔａが車室温度Ｔよりも高いとき、暖房要求ありと判定し、暖房要求を指令する。暖房要求部５０Ａは、暖房要求の指令時に、暖房要求量αを併せて指令する。暖房要求量αは、暖房要求の程度を表す値であり、温度差ΔＴが大きいほど、暖房要求量αは大きくなる。例えば温度差ΔＴ自体が暖房要求量αに相当する。

インジェクタ制御部５０Ｂは、ＡＦセンサにより検出された実空燃比が目標空燃比（例えば理論空燃比）となるようなフィードバック制御を行いながら、吸気量センサ５４により検出された吸入空気量に応じて１サイクル当たりの目標噴射量を算出する。そして、目標噴射量を、運転状態に応じた噴射モードで噴射するようにインジェクタ２７に制御信号を出力する。この場合の噴射モードには、例えば吸気行程での１回または複数回の噴射、圧縮行程での１回または複数回の噴射、吸気行程から圧縮行程にかけての範囲内での１回または複数回の噴射等、種々のものがあり、エンジン始動時、触媒暖機時等、運転状態に応じて所定の噴射モードが選択される。

排熱回収機制御部５０Ｃは、暖房要求部５０Ａにより暖房要求が指令されると、排熱回収機３が作動状態となるように切換弁４を第２位置に切り換える。これにより冷却水温の昇温が促進される。一方、暖房要求部５０Ａにより暖房要求が指令されないとき、排熱回収機３が非作動状態となるように切換弁４を第１位置に切り換える。但し、触媒装置２の暖機が完了していないとき、排気ガスに含まれるＰＭを低減するためにエンジン１を早期に昇温する必要があり、冷却水温の早期上昇が望まれる。このため、排熱回収機制御部５０Ｃは、触媒装置２の暖機が完了していないとき、暖房要求部５０Ａにより暖房要求が指令されない場合であっても、切換弁４を第２位置に切り換える。

点火プラグ制御部５０Ｄは、触媒装置２の暖機運転が必要なとき、点火プラグ２６による点火時期が、最大トルクが得られる最適点火時期ＭＢＴよりもリタード（遅角）されるように点火プラグ２６を制御する。点火時期のリタードによって混合気を後燃えさせることで、触媒装置２を早期に暖機することができる。点火プラグ制御部５０Ｄは、触媒装置２の暖機運転が完了した後、暖房要求部５０Ａにより暖房要求が指令されないとき、点火時期が最適点火時期ＭＢＴとなるように点火プラグ２６を制御する。一方、暖房要求部５０Ａにより暖房要求が指令されると、点火時期が最適点火時期ＭＢＴよりも進角されるように点火プラグ２６を制御する。

点火時期が最適点火時期ＭＢＴよりも進角すると、燃焼圧力が上昇し、燃焼室内の燃焼ガスの温度が上昇する。その結果、燃焼室壁面と燃焼ガスとの温度差が増大し、燃焼室壁面および冷却水へと流れる熱流束が増加する。これにより、冷却水へ伝達される熱量が増大し、冷却水の温度上昇が促進される。

点火時期の進角による効果を、図４を用いてさらに説明する。図４は、排熱回収機３が作動した状態における点火プラグ２６の点火時期とエンジン１の熱収支との関係を示す図である。図４では、熱収支が４つの領域Ａ～Ｄに大別される。図中の領域Ａは、図示熱効率（供給された燃料がもっているエネルギー量に対する図示出力の割合）を、領域Ｂは、冷却損失（燃焼室壁面やシリンダ壁面から冷却水に伝えられる熱損失）を、領域Ｃは、排気冷却損失（排気ガスから冷却水に伝えられる熱損失）を、領域Ｄは、完全排気損失（排気ガスとして捨てられる熱損失）を、それぞれ示す。領域Ｂの冷却損失と領域Ｃの排気冷却損失が、主に冷却水の昇温に寄与する。

図４に示すように、点火時期が上死点ＴＤＣよりも進角した最適点火時期ＭＢＴであるとき、図示熱効率は最大となる。このとき、冷却損失と排気冷却損失との和（全冷却損失と呼ぶ）はＷ１となる。点火時期が最適点火時期ＭＢＴよりも進角すると、領域Ｂの冷却損失が増加する。例えば点火時期が所定点火時期ＡＤ１まで進角すると、全冷却損失がＷ１よりも大きく最大値Ｗ２となる。その結果、冷却水へ伝えられる熱量が増加し、冷却水の昇温が促進される。

点火時期が所定点火時期ＡＤ１であるとき、点火時期が最適点火時期ＭＢＴのときよりも図示熱効率は減少するが、減少の割合は小さい。このため、図示熱効率と全冷却損失との和（総合効率）は、最適点火時期ＭＢＴのときよりも大きく、最大である。換言すると、点火時期が所定点火時期ＡＤ１であるとき、排気冷却損失は、最適点火時期ＭＢＴのときよりも小さく、最小となる。

点火時期の最適点火時期ＭＢＴからの進角量ＡＤは、所定点火時期ＡＤ１を上限点火時期として、上限点火時期を超えない範囲で、目標温度Ｔａと車室温度Ｔとの温度差ΔＴに応じて定められる。図５Ａは、温度差ΔＴと進角量ＡＤとの関係を示す特性図であり、図５Ｂは、温度差ΔＴと進角速度ｄ／ｄｔ・ＡＤ（単位時間当たりの進角量）との関係を示す特性図である。図５Ａ，図５Ｂの特性は、予めコントローラ５０のメモリに記憶される。

図５Ａに示すように、温度差ΔＴの増加に伴い進角量ＡＤが比例的に増加する。図５Ｂに示すように、温度差ΔＴの増加に伴い進角速度ｄ／ｄｔ・ＡＤが比例的に増加する。点火プラグ制御部５０Ｄは、図５Ａおよび図５Ｂの特性に従い、目標温度Ｔａと車室温度Ｔとの温度差ΔＴに応じて目標進角量ＡＤおよび目標進角速度ｄ／ｄｔ・ＡＤを設定する。そして、点火時期が目標進角速度ｄ／ｄｔ・ＡＤで目標進角量ＡＤまで進角するように点火プラグ２６を制御する。これにより温度差ΔＴが大きいほど、冷却水温を早期に昇温することができる。なお、図５Ａ，図５Ｂの特性は、横軸を暖房要求量αに置き換えることができる。

点火時期が進角すると、ノッキングが生じるおそれがある。このため、所定点火時期ＡＤ１まで進角する前にノッキングが検出される、または検出されるおそれがある場合、点火プラグ制御部５０Ｄは、ノッキングが生じないような点火時期を上限点火時期として設定する。なお、ノッキングの発生は、例えばノックセンサにより検出される。

車両用空調装置が十分な暖房能力を発揮するためには、冷却水温が所定温度Ｔｗ１以上であればよい。したがって、水温センサ５３により検出された冷却水温が所定温度Ｔｗ１以上である場合、点火プラグ制御部５０Ｄは、暖房要求が指令されても点火時期を進角させず、点火時期を最適点火時期ＭＢＴに制御する。なお、このとき、排熱回収機３を非作動状態としてもよい。

スロットル制御部５０Ｅは、点火時期が進角されたとき、進角量ＡＤに応じてスロットルアクチュエータ５５に制御信号を出力する。すなわち、図４に示すように、点火時期が進角すると、最適点火時期ＭＢＴのときよりも、図示熱効率（出力トルク）がわずかに減少する。その減少分を補填するように、スロットル制御部５０Ｅは、スロットルアクチュエータ５５に制御信号を出力し、スロットル開度を増大する。これにより、燃焼室１４への空気供給量が増加して燃料噴射量が増加し、出力トルクの低下を抑えることができる。

図６は、予め定められたプログラムに従いコントローラ５０で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば触媒装置２の暖機運転完了後に、冷却水温が所定温度Ｔｗ１未満において開始され、冷却水温が所定温度Ｔｗ１以上となるまで所定周期で繰り返される。

図６に示すように、まず、ステップＳ１で、設定器５１と各種センサ５２～５４からの信号を読み込む。次いで、ステップＳ２で、車室の暖房要求があるか否かを判定する。具体的には、設定器５１により設定された目標温度Ｔａから室温センサ５２により検出された車室温度Ｔを減算した温度差ΔＴが０より大きいか否かを判定する。

ステップＳ２で否定されると（ΔＴ≦０）、ステップＳ３に進む。この場合には、冷却水温を早期に昇温する必要がないため、切換弁４に制御信号を出力して切換弁４を第１位置に切り換え、排熱回収機３を非作動状態とする。次いで、ステップＳ４で、点火プラグ２６に制御信号を出力して点火時期を通常の点火時期、すなわち最適点火時期ＭＢＴに制御する。

一方、ステップＳ２で肯定されると（ΔＴ＞０）、ステップＳ５に進む。この場合には、冷却水温を早期に昇温する必要があるため、切換弁４に制御信号を出力して切換弁４を第２位置に切り換え、排熱回収機３を作動状態とする。次いで、ステップＳ６で、予め記憶された図５Ａ，図５Ｂの特性に従い、温度差ΔＴに応じた目標進角量ＡＤと目標進角速度ｄ／ｄｔ・ＡＤとを算出する。このとき、目標進角量ＡＤは、所定点火時期ＡＤ１以下であり、かつ、ノッキングが生じない値に制限される。次いで、ステップＳ７で、点火時期が最適点火時期ＭＢＴから、ステップＳ６の目標進角速度ｄ／ｄｔ・ＡＤで目標進角量ＡＤまで進角するように点火プラグ２６に制御信号を出力する。

本実施形態に係る暖房促進装置１００の動作をより具体的に説明する。図７は、時間経過に伴う暖房要求指令、暖房要求量α、排熱回収機３の作動状態、点火時期の進角量ＡＤ、図示熱効率（図４の領域Ａ）、および総合効率（図４の領域Ａ＋Ｂ＋Ｃ）の変化を示すタイムチャートである。なお、図７には、本実施形態の動作の一例を実線で、本実施形態の比較例の動作の一例を点線で示す。比較例は、暖房要求に応じて排熱回収機が作動するものではなく、点火時期が進角するものでもない。

図７に示すように、時点ｔ１で暖房要求が指令されると、目標温度Ｔａと車室温度Ｔとの温度差ΔＴに応じて、暖房要求量αがα１（例えば０）からα２に急増する。さらに排熱回収機３が作動状態となり、点火時期が最適点火時期ＭＢＴから温度差ΔＴに応じた所定の進角量ＡＤ１０まで進角する（ステップＳ５、ステップＳ７）。これにより図示熱効率は一定ないしほぼ一定のまま、排熱回収機３の作動と点火時期の進角とにより総合熱効率が上昇し、冷却水温の上昇が促進される。

その結果、温度差ΔＴが徐々に減少して暖房要求量αが減少し、進角量ＡＤも同時に減少する。時点ｔ２で、温度差ΔＴが０になると、暖房要求量αが０になり、進角量ＡＤも０になる（図５Ａ）。一方、排熱回収機３は、暖房要求が指令されているので、作動状態のままである（ステップＳ５）。総合熱効率は、時点ｔ１以降に一定量だけ増加する部分Ｗａと、時点ｔ１からｔ２にかけて点火時期の進角に応じて増加する部分Ｗｂとを含む。Ｗａは排熱回収機３の作動による総合効率の上昇分であり、Ｗｂは点火時期の進角による上昇分である。

本実施形態では、暖房要求の指令時に、排熱回収機３を作動するとともに、点火時期を進角させるので、エンジン１の冷却水温の上昇が促進され、時点ｔ１から時点ｔ２までの短時間で車室温度Ｔを目標温度Ｔａまで上昇させることができる。その結果、暖房を要求する乗員の快適性が高まる。これに対し、本実施形態の比較例では、冷却水温の早期上昇が困難であるため、車室温度Ｔが目標温度Ｔａに到達するまでに本実施形態のものよりも時間を要し、乗員の快適性を損なう。

図８は、暖房要求指令時の初期の暖房要求量αが異なる場合を比較したタイムチャートである。図中の実線は、暖房要求量αが小さいとき（α＝α２）の特性であり、点線は、暖房要求量αが大きいとき（α＝α３）の特性である。例えばα３はα２の２倍程度である。図８の実線の特性は、図７の実線の特性と同一であり、時点ｔ１から時点ｔ２の範囲で点火時期が所定の進角量ＡＤ１０まで進角された後、徐々に減少し、時点ｔ２で進角量ＡＤは０になる。

これに対し、図８の点線に示すように、暖房要求指令時における温度差ΔＴが大きく、時点ｔ１で、暖房要求量αがα３（＞α２）まで上昇すると、進角量ＡＤの増加の程度（傾き）が実線のものよりも大きくなり、進角速度ｄ/ｄｔ・ＡＤが増加するとともに、点火時期が所定の進角量ＡＤ２０（＞ＡＤ１０）まで進角する。すなわち、図５Ｂの特性より、温度差ΔＴの増加により進角速度ｄ/ｄｔ・ＡＤが増加するとともに、図５Ａの特性より、進角量ＡＤも増加する。その結果、総合効率が実線のものよりも大きくなって、より効率よく冷却水温を上昇することができ、暖房要求する乗員の快適性を高めることができる。この場合、進角量ＡＤは時点ｔ２よりも後の時点ｔ３にかけて徐々に減少する。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）暖房促進装置１００は、燃料を含む混合気が供給される燃焼室１４および燃焼室内で混合気を点火する点火プラグ（点火部）２６を有するエンジン１と、エンジン１を冷却する冷却水との熱交換により、車室内に吹き出される空気を昇温するヒータコア５と、冷却水との熱交換により、エンジン１から排気された排気ガスから排熱を回収する排熱回収機３と、暖房要求を指令する暖房要求部５０Ａと、暖房要求の指令に応じて排熱回収機３の作動および点火プラグ２６の点火時期を制御するコントローラ５０と、を備える（図１～図３）。コントローラ５０は、暖房要求部５０Ａにより暖房要求が指令されると、排熱回収機３を作動させるとともに、暖房要求が指令されないときよりも、点火時期を進角させるように、排熱回収機３の作動（切換弁４の切換）および点火プラグ２６の点火時期を制御する（図６）。

このように排熱回収機３の作動だけでなく、点火時期を進角させることで、エンジン出力トルク（図示熱効率）を一定ないしほぼ一定とした状態で、冷却損失と排気冷却損失との和である全冷却損失を増加することができる。このため、冷却水温を迅速に昇温させることができ、車室温度Ｔを目標温度Ｔａに早期に近づけることができる。

（２）コントローラ５０は、暖房要求が指令されないとき、点火時期を最適点火時期ＭＢＴに制御し、暖房要求が指令されると、所定の制限値（ＡＤ１）を超えない範囲で点火時期を最適点火時期ＭＢＴよりも進角させるように、点火プラグ２６の点火時期を制御する。これにより、点火時期の進角によって最適点火時期ＭＢＴのときよりも全冷却損失が増加するため、冷却水温の早期上昇が可能である。

（３）暖房要求部５０Ａによる暖房要求には暖房要求量αが含まれる。コントローラ５０は、暖房要求量αが多いほど、点火時期の進角量ＡＤを大きくするように点火プラグ２６の点火時期を制御する（図５Ａ）。このように暖房要求量αに応じて進角量ＡＤを決定することで、目標温度Ｔａと車室温度Ｔとの温度差ΔＴが大きいほど、エンジン１から冷却水へ伝達される熱量が増加するようになり、車室温度Ｔを目標温度Ｔａへ素早く近づけることができる。

（４）コントローラ５０は、暖房要求量αが多いほど、点火時期の単位時間当たりの進角量である進角速度ｄ/ｄｔ・ＡＤを増加するように点火プラグ２６の点火時期を制御する（図５Ｂ）。これにより進角量ＡＤが目標進角量に至るまでの時間を短縮することができ、乗員の快適性の悪化を最小限に抑えることができる。

（５）暖房促進装置１００は、車室の目標温度Ｔａを設定する設定器５１と、車室温度Ｔを検出する室温センサ５２と、をさらに備える（図３）。暖房要求量αは、目標温度Ｔａから車室温度Ｔを減算した温度差ΔＴである。これにより、温度差ΔＴに応じて進角量ＡＤが決定されるため、進角量ＡＤを最適に設定することができる。

（６）暖房促進装置１００は、燃焼室１４に吸い込まれる吸気量を調整するスロットルアクチュエータ５５をさらに備える（図３）。コントローラ５０は、暖房要求の指令に応じて点火時期を進角させるとき、進角量ＡＤに応じて吸気量が増加するようにスロットルアクチュエータ５５をさらに制御する。これにより点火時期の進角による図示熱効率の低下分が補填され、エンジン１は所望の出力トルクを発生することができる。

上記実施形態は種々の形態に変更することができる。以下、いくつかの変形例について説明する。上記実施形態では、ヒータコア５での空気と冷却水との熱交換により車室内に吹き出される空気を昇温するようにしたが、エンジン１（内燃機関）を冷却する媒体は冷却水以外であってもよい。上記実施形態では、切換弁４の切換により排熱回収機３の作動および非作動を切り換えるようにしたが、排熱回収機を作動および非作動するための構成は上述したものに限らない。上記実施形態では、設定器５１（温度設定部）で設定された目標温度Ｔａの方が室温センサ５２（温度検出部）により検出された車室温度Ｔよりも高いときに暖房要求を指令するようにしたが、乗員により暖房スイッチが操作されると、暖房要求を指令するようにしてもよく、暖房要求を指令する指令部の構成は上述したものに限らない。

上記実施形態では、暖房要求が指令されないとき、点火時期を最適点火時期ＭＢＴに制御し、暖房要求が指令されると、所定点火時期ＡＤ１（制限値）を超えない範囲で点火時期を最適点火時期ＭＢＴよりも進角させるようにしたが、暖房要求が指令されると、指令されないときよりも、点火時期を進角させるように点火部を制御するのであれば、制御部としてのコントローラ３０の構成はいかなるものでもよい。例えば点火時期の制限値は上述したものに限らず、所定点火時期ＡＤ１より小さい進角量であってもよい。暖房要求が指令されないときの点火時期は最適点火時期ＭＢＴでなくてもよい。上記実施形態では、目標温度Ｔａと車室温度Ｔとの温度差ΔＴを暖房要求量αとして扱うようにしたが、温度差ΔＴだけでなく他のパラメータを考慮して暖房要求量を算出するようにしてもよい。上記実施形態では、暖房要求量αが多いほど、点火時期の進角量ＡＤが大きく、かつ、進角速度ｄ/ｄｔ・ＡＤが増加するように点火時期を制御したが、点火部の点火時期の制御はこれに限らない。

上記実施形態では、暖房要求の指令時に点火時期を進角させたとき、スロットルアクチュエータ５５に制御信号を出力して燃焼室１４に吸い込まれる吸気量を増加するようにしたが、吸気量調整部の構成は上述したものに限らない。例えば吸気バルブ２１の開閉タイミングを調整することで、吸気量を調整するようにしてもよい。すなわち、吸気バルブ２１の開タイミングを早めるとともに、閉タイミングを早めることで、吸気通路１７０への吸気の逆流量を低減し、燃焼室１４内の吸気量を増加するようにしてもよい。スロットルアクチュエータ５５によるスロットルバルブ２３の開度の調整よりも吸気バルブ２１の開閉タイミングの調整の方が、応答性の観点が優れる。そこで、スロットルバルブ２３の開度調整に代えて、あるいは、開度調整とともに、吸気バルブ２１の開閉タイミングの調整を行うようにしてもよい。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。

１ エンジン、３ 排熱回収機、４ 切換弁、５ ヒータコア、１４ 燃焼室、２６ 点火プラグ、５０ コントローラ、５０Ａ 暖房要求部、５０Ｃ 排熱回収機制御部、５０Ｄ 点火プラグ制御部、５０Ｅ スロットル制御部、５１ 設定器、５２ 室温センサ、５５ スロットルアクチュエータ、１００ 暖房促進装置

Claims (6)

1. 燃料を含む混合気が供給される燃焼室と、前記燃焼室内で混合気を点火する点火部と、を有する内燃機関と、
   前記内燃機関を冷却する媒体との熱交換により、車室内に吹き出される空気を昇温するヒータコアと、
   前記媒体との熱交換により、前記内燃機関から排気された排気ガスから排熱を回収する排熱回収機と、
   暖房要求を指令する指令部と、
   前記指令部による暖房要求の指令に応じて前記排熱回収機の作動および前記点火部の点火時期を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記指令部により暖房要求が指令されると、前記排熱回収機を作動させるとともに、暖房要求が指令されないときよりも、点火時期を進角させるように、前記排熱回収機の作動および前記点火部の点火時期を制御することを特徴とする暖房促進装置。
2. 請求項１に記載の暖房促進装置において、
   前記制御部は、前記指令部により暖房要求が指令されないとき、点火時期を最適点火時期に制御し、暖房要求が指令されると、所定の制限値を超えない範囲で点火時期を前記最適点火時期よりも進角させるように、前記点火部の点火時期を制御することを特徴とする暖房促進装置。
3. 請求項１または２に記載の暖房促進装置において、
   前記指令部による暖房要求には暖房要求量が含まれ、
   前記制御部は、前記暖房要求量が多いほど、点火時期の進角量を大きくするように前記点火部の点火時期を制御することを特徴とする暖房促進装置。
4. 請求項３に記載の暖房促進装置において、
   前記制御部は、前記暖房要求量が多いほど、点火時期の単位時間当たりの進角量を増加するように前記点火部の点火時期を制御することを特徴とする暖房促進装置。
5. 請求項３に記載の暖房促進装置において、
   車室の目標温度を設定する温度設定部と、
   前記車室の温度を検出する温度検出部と、をさらに備え、
   前記暖房要求量は、前記温度設定部により設定された前記目標温度から前記温度検出部により検出された前記車室の温度を減算した値であることを特徴とする暖房促進装置。
6. 請求項１または２に記載の暖房促進装置において、
   前記燃焼室に吸い込まれる吸気量を調整する吸気量調整部をさらに備え、
   前記制御部は、前記指令部による暖房要求の指令に応じて点火時期を進角させるとき、進角量に応じて吸気量が増加するように前記吸気量調整部をさらに制御することを特徴とする暖房促進装置。

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