JP4029797B2 - 蓄熱装置を備えた内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、冷却水や潤滑油等のような熱媒体の循環により冷却又は加熱される内燃機関に関し、特に前記熱媒体が持つ熱を蓄える蓄熱装置を備えた内燃機関に関する。

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。

このような問題に対し、水冷式内燃機関において高温の冷却水を保温したまま貯留する蓄熱容器を備え、内燃機関の始動時などに蓄熱容器に貯留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技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１に記載された蓄熱装置を有する内燃機関においては、内燃機関を循環する冷却水の一部を保温したまま貯留する蓄熱容器と、蓄熱容器内に貯留された冷却水（温水）を内燃機関に循環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、蓄熱容器から内燃機関への温水供給を行う、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、温水を供給継続し、プレヒートを完了させる。

ただし、プレヒートを実行すると、供給された温水の水温センサへのあたり方やヒートマスの違いにより、冷却水の流路周辺の吸気ポートや燃焼室等のシリンダヘッド壁面（以下、単に「壁面」という。）の実際の温度に対して、前記水温センサにより検出される冷却水の温度が高くなる。そのため、プレヒート中あるいはプレヒート後の燃焼室内に供給する燃料量を決定するにあたっては、蓄熱容器から内燃機関に供給された温水の温度と量に基づいて前記壁面の温度を推定し、当該推定温度に基づいて燃料量を決定している。
特開２００２−３８９４７号公報

図４に、内燃機関が運転されることなしに、プレヒートが実行された場合の、プレヒート開始後からの冷却水の温度（水温センサで検出）と前記壁面の実際の温度との温度推移が示されている。本図に示すように、プレヒートを実行すると、壁面の実際の温度に対して、前記水温センサにより検出される冷却水の温度が高くなる。これは、上述したように、ヒートマスの違いによりシリンダヘッドが温水により熱量が与えられてもすぐには冷却水の温度と同じにはならないためである。また、図に示したように、プレヒート完了後においても両者が同じ温度になるにはある程度の期間を要する。

一方、プレヒート完了後に、ＥＣＵへの電力の供給を制御するメインリレーがＯＦＦにされた後に、再度内燃機関が始動される場合、一度メインリレーがＯＦＦにされているので、前回のプレヒート時に蓄熱容器から内燃機関に供給された温水の温度と量の履歴が残っておらず、前回のプレヒート時に供給された温水をも考慮して壁面の温度を推定することができない。そのため、かかる場合には、水温センサで検出される温度を壁面の温度として推定する。

しかし、例えば、図４に示したプレヒート完了後Ｔ１時間後に内燃機関が始動される場合、壁面の実際の温度が、プレヒートが必要と認識される温度である温度Ｔｆよりも低いにもかかわらず、水温センサで検出され、壁面の温度として推定される冷却水の温度が温度Ｔｆよりも高いため、プレヒートが必要であると認識されずにプレヒートが行われないおそれがある。

また、図４に示したプレヒート完了後Ｔ２時間後に内燃機関が始動される場合、水温センサで検出され、壁面の温度として推定される冷却水の温度が、実際の壁面の温度に対して高いと判断され、所望の燃料量よりも少なく供給されてしまうおそれがある。

そして、このように、壁面の温度が本来はプレヒートを実行することが必要である温度であるにもかかわらず行われない場合、あるいは壁面の温度が実際の温度よりも高いと判断されて供給される燃料量が本来必要とされる燃料量よりも少なくなる場合、温度状態あるいは運転状態等の内燃機関の状態を適切に制御することができなくなり、始動性の低下あるいはドライバビリティの悪化等を誘発してしまうおそれがある。

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、内燃機関に形成された熱媒体通路を流通する熱媒体の温度に基づいてシリンダヘッドの壁面の温度を推定し、当該推定された温度に基づいて、プレヒート完了後に始動された内燃機関の状態を精度よく制御することができる蓄熱装置を備えた内燃機関を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明にあっては、
内燃機関に形成され、熱媒体が流通する熱媒体通路と、
当該熱媒体通路を流通する熱媒体の温度を検出する熱媒体温度検出手段と、
熱媒体を保温したまま貯留する蓄熱装置と、
当該蓄熱装置に貯留された熱媒体を前記熱媒体通路に供給する熱媒体供給手段と、
前記熱媒体温度検出手段の検出値と、電力が供給されている間に前記熱媒体供給手段により前記熱媒体通路に供給された熱媒体と、に基づいてシリンダヘッドの壁面の温度を推定する壁温推定手段を有し、当該壁温推定手段にて推定した壁面の温度に基づいて内燃機関の状態を制御する制御手段と、
を備えた蓄熱装置を備えた内燃機関において、
前記制御手段は、前記内燃機関の運転開始に関連する特定のタイミングで電力の供給が開始されて前記蓄熱装置に貯留された熱媒体を前記熱媒体通路に供給させるように前記熱媒体供給手段を制御し、当該熱媒体供給手段による熱媒体の供給を終了させた後も、前記壁温推定手段にて推定した壁面の温度が所定温度より低い間は電力が供給され続けることを特徴とする。

ここで、内燃機関の状態を制御する制御手段は、内燃機関の温度状態あるいは運転状態等を制御するものである。具体的に、内燃機関の温度状態を制御するとは、冷間始動時等に内燃機関の運転開始前から蓄熱装置に貯留された高温の熱媒体を前記熱媒体通路に供給させるべく熱媒体供給手段を制御し、内燃機関の温度を早期に上昇させるようにすること、内燃機関の運転開始後暖機中においては、燃焼室内に供給する燃料を増量させ、早期に暖機終了するようにすること等を例示することができる。また、内燃機関の運転状態を制御するとは、高負荷である場合においては、燃焼室内に供給する燃料を増量させ高出力を発揮する運転状態にすること等を例示することができる。また、シリンダヘッドの壁面は、吸気ポートの壁面や燃焼室の壁面等、燃料が供給され、燃焼に至るまでに通過する箇所の壁面であることが好ましい。

また、壁温推定手段は、熱媒体温度検出手段の検出値と、当該壁温推定手段、つまり制御手段に電力が供給されている間に熱媒体供給手段により熱媒体通路に供給された熱媒体と、に基づいて壁面の温度を推定するものであり、例えば、内燃機関始動前から、蓄熱装置に貯留されていた熱媒体が熱媒体通路に供給される場合においては、蓄熱装置に貯留された熱媒体が熱媒体通路に供給される前の熱媒体温度検出手段にて検出された温度に、当該壁温推定手段に電力が供給されている間に供給された熱媒体の温度及び量から内燃機関に与えられた熱量による壁面の温度の上昇分を加算して当該壁面の温度を推定するものである。また、暖機完了後においては、熱媒体通路を流通する熱媒体と壁面の温度はほぼ等しくなることから、熱媒体温度検出手段にて検出された温度を壁面の温度と推定する。ゆえに、当該壁温推定手段、つまり制御手段に電力が供給されている間に熱媒体通路に熱媒体が供給されない場合、熱媒体温度検出手段にて検出された温度が壁面の温度であると推定する。また、当該壁温推定手段に電力が供給開始された時点においては、まだ熱媒体供給手段により熱媒体通路に熱媒体が供給されていないため、熱媒体温度検出手段にて検出された温度が壁面の温度であると推定する。

一方、制御手段は、壁温推定手段にて推定した壁面の温度に基づいて内燃機関の状態を制御するものであるので、壁温推定手段にて推定した壁面の温度が実際の壁面の温度と違う場合は内燃機関の状態を適切に制御することができない。

例えば、熱媒体供給手段により熱媒体通路に高温の熱媒体が供給された後、壁温推定手段、つまり制御手段に電力が供給されなくなり、その後それ程時間が経たない間に、再度電力が供給された場合、上述したように壁温推定手段は再度電力が供給された時点に熱媒体温度検出手段にて検出された温度を壁面の温度であると推定する。しかし、再度電力が供給される前には蓄熱装置に貯留されていた高温の熱媒体が熱媒体通路に供給されており、熱媒体温度検出手段にて検出される温度は当該高温の熱媒体が供給された後の熱媒体の温度である一方、当該熱媒体により与えられた熱量を受けても壁面の温度はすぐには供給された熱媒体の温度と等しくならない。ゆえに、かかる場合、壁温推定手段にて推定した壁面の温度と実際の壁面の温度とは等しくならず、実際の温度よりも高いと推定するおそれがある。

そこで、制御手段は、内燃機関の運転開始に関連する特定のタイミングで電力の供給が開始されて蓄熱装置に貯留された熱媒体を熱媒体通路に供給させるように熱媒体供給手段を制御し、熱媒体供給手段による熱媒体の供給を終了させた後も、壁温推定手段にて推定した壁面の温度が所定温度より低い間は電力が供給され続けるようにする。

なお、当該所定温度とは、前記熱媒体温度検出手段にて検出される温度であることが好適である。このようにすることで、制御手段に電力が供給されなくなるのは、壁温推定手段にて推定した壁面の温度が熱媒体温度検出手段にて検出される温度と等しくなった後であるので、制御手段に電力が供給されなくなった後に、再度電力の供給が開始されても、実際の壁面の温度は熱媒体温度検出手段にて検出される温度と等しいことから、壁温推定手段にて推定した壁面の温度に基づいて内燃機関の状態を精度よく制御することができる。

以上説明したように、本発明によれば、蓄熱装置を備えた内燃機関において、当該内燃機関に形成された熱媒体通路を流通する熱媒体の温度に基づいてシリンダヘッドの壁面の温度を推定し、当該推定された温度に基づいて、プレヒート完了後に始動された内燃機関の状態を精度よく制御することができる。

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。

先ず、本発明の実施例に係る蓄熱装置を備えた内燃機関の構成について説明する。図１は、本発明の実施例に係る蓄熱装置を備えた内燃機関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、自動車に搭載される機関である。

内燃機関１には、熱媒体としての冷却水を流通させるための熱媒体通路である機関内冷却水路２が形成さている。機関内冷却水路２の一端は冷却水通路３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）の一端と接続されている。機関内冷却水路２の他端は、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ポンプ９の吐出口に接続されている。そして、機械式ウォータポンプ９の吸込口は冷却水通路３の他端と接続されている。なお、この機械式ウォータポンプ９は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）から伝達される駆動力により駆動される。

冷却水通路３の途中には、車室内暖房用のヒータコア６が配置されている。冷却水通路３において、機関内冷却水路２との接続部とヒータコア６との間に位置する部位には第１バイパス水路４ａが接続されている。第１バイパス水路４ａは、蓄熱容器５の第１冷却水出入口５ａに接続されている。

一方、冷却水通路３において、機械式ウォータポンプ９の吸込口とヒータコア６との間に位置する部位には第２バイパス水路４ｂが接続されている。第２バイパス水路４ｂは、蓄熱装置としての蓄熱容器５の第２冷却水出入口５ｂに接続されている。また、第２バイパス水路の途中には熱媒体供給手段としての電動ウォータポンプ８が設置されている。

蓄熱容器５は、内部と外部とを断熱する断熱材により囲まれ、内部に貯留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り、第１冷却水出入口５ａまたは第２冷却水出入口５ｂから新規の冷却水が流入すると、それと入れ代わりにこの蓄熱容器５内に貯留されている冷却水を第２冷却水出入口５ｂまたは第１冷却水出入口５aから排出するよう構成されている。

電動ウォータポンプ８は、バッテリ２１を駆動源とするウォータポンプであり、冷却水を蓄熱容器５の第２冷却水出入口５ｂの方へ圧送する。

ここで、冷却水通路３において、第１バイパス水路４ａとの接続部と機関内冷却水路２との間の部位を第１冷却水通路３ａと称し、第１バイパス水路４ａとの接続部とヒータコア６との間の部位を第２冷却水通路３ｂと称する。また、冷却水通路３において、第２バイパス水路４ｂとの接続部とヒータコア６との間の部位を第３冷却水通路３ｃと称し、第２バイパス水路４ｂとの接続部と機械式ウォータポンプ９との間の部位を第４冷却水通路３ｄと称する。

第３冷却水通路３ｃと第４冷却水通路３ｄと第２バイパス水路４ｂとの接続部には三方
弁７が設けられている。この三方弁７は、第３冷却水通路３ｃと第４冷却水通路３ｄと第２バイパス水路４ｂとのうちいずれか一つを遮断、もしくは全ての通路（水路）を開通するよう構成されている。

第１バイパス水路４ａにおける蓄熱容器５の第１冷却水出入口５aの近傍には、この第１バイパス水路４ａ内を流れ蓄熱容器５内に出入す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１０が設けられている。また、機関内冷却水路２には、この機関内冷却水路２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熱媒体温度検出手段としての第２水温センサ１１が設けられている。

このように構成された冷却水循環系には、当該冷却水循環系における冷却水の循環を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２０が併設されている。

ＥＣＵ２０には、前述した第１水温センサ１０や、第２水温センサ１１等が電気的に接続され、それらの出力信号がＥＣＵ２０へ入力されるようになっている。更に、ＥＣＵ２０は、三方弁７、電動ウォータポンプ８、と電気的に接続され、ＥＣＵ２０が、これら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切り換えている。また、ＥＣＵ２０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。

また、ＥＣＵ２０は、ドアスイッチ２２、イグニッション（以下、「ＩＧ」という。）スイッチ２３及びメインリレー２４を介してバッテリ２１に接続されている。メインリレー２４は、接点２４ａと同接点２４ａを開閉駆動するための励磁コイル２４ｂとを備えている。なお、本実施例においては、ドアスイッチ２２は、当該内燃機関１が搭載された車両の運転席のドアが開いている状態で当該スイッチがＯＮになるように構成されている。

そして、本発明の実施例においては、ドアスイッチ２２あるいはＩＧスイッチ２３のいずれかがＯＮにされると、ＥＣＵ２０は、メインリレー駆動回路２０ａへの通電を行い、励磁コイル２４ｂを励磁する。その結果、接点２４ａが閉ざされ、ＥＣＵ２０にバッテリ２１から電力が供給される。これにより、ＥＣＵ２０は、後述するプレヒート制御、メインリレー制御、メインリレーＯＦＦ処理制御を実行することが可能となる。

一方、ドアスイッチ２２及びＩＧスイッチ２３がＯＦＦにされると、ＥＣＵ２０は、両スイッチがＯＦＦにされた後も、後述するメインリレーＯＦＦ処理制御の実行にしたがって、メインリレー駆動回路２０ａに対する通電を停止するか否かを制御する。そして、ＯＦＦ処理要求がある場合には、メインリレー駆動回路２０ａに対する通電を停止し、励磁コイル２４ｂを消磁するメインリレーＯＦＦ処理を実行する。その結果、ＥＣＵ２０に対してドアスイッチ２２及びＩＧスイッチ２３がＯＦＦにされた後も、メインリレーＯＦＦ処理が実行されるまでは電力が供給される。そして、メインリレーＯＦＦ処理が実行されると接点２４ａが開き、バッテリ２１からＥＣＵ２０自身への電力供給が停止される。

次に、本発明の実施例に係る冷却水循環系での冷却水の循環について説明する。

本実施例において、内燃機関１が冷間時に始動される前に内燃機関１を暖機するときの冷却水の循環について、図２に基づき説明する。図２は、内燃機関１の始動前から、蓄熱容器５内に貯留された高温となった冷却水（以下、「温水」と称する。）を内燃機関１に供給する場合の冷却水の循環経路を示す図である。図２における一点鎖線の矢印が冷却水の流れを示す。

内燃機関１の始動前から、蓄熱容器５内に貯留された冷却水を内燃機関１に供給する場
合、ＥＣＵ２０は、第３冷却水通路３ｃ側を遮断すると共に、第２バイパス水路４ｂ側を開通させ、第２バイパス水路４ｂと第４冷却水通路３ｄとを連通させるように三方弁７の弁の位置を設定する。そして、ＥＣＵ２０は、バッテリ２１から電力を供給し、電動ウォータポンプ８を駆動させる。その結果、電動ウォータポンプ８によって冷却水が圧送され、図３において一点鎖線の矢印で示すように、第２バイパス水路４ｂ→蓄熱容器５→第１バイパス水路４ａ→第１冷却水通路３ａ→機関内冷却水路２→第４冷却水通路３ｄ→第２バイパス水路４ｂの順に冷却水が循環する循環経路が形成される。そして、蓄熱容器５内に貯留されていた冷却水を内燃機関１に供給することが可能となる。

そして、このような循環経路が内燃機関１の始動前に形成され、電動ウォータポンプ８を作動させ冷却水を圧送させると、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容器５内に貯留されていた温水が、蓄熱容器５の第１冷却水出入口５ａから流出する。そして、この温水によって内燃機関１が加熱され暖機される。

以下、具体的に本実施例における、内燃機関１が冷間時に始動される前に、内燃機関１を暖機するときのプレヒート制御について図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ＥＣＵ２０に記憶されており、ＥＣＵ２０に電力が供給されている間、所定時間毎（例えば、６５ｍｓ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ＥＣＵ２０は、ステップ（以下、「Ｓ」という。）１０１において、ドアスイッチ２２がＯＮとなったか否かを判別する。

そして、Ｓ１０１において、ドアスイッチ２２がＯＮとなっていないと判別された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０１において、ドアスイッチ２２がＯＮとなっていると判別された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０２に進む。

Ｓ１０２において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１にプレヒートを実行するプレヒート実行条件が成立したか否かを判別する。プレヒート実行条件としては、第２水温センサ１１によって検出された機関内冷却水路２内の冷却水の温度が所定のプレヒート実行温度（例えば図４の温度Ｔｆ）以下の場合を例示することができる。

Ｓ１０２において、プレヒート実行条件が成立していないと判別された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０２において、プレヒート実行条件が成立していると判別された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０３に進む。

Ｓ１０３において、ＥＣＵ２０は、プレヒートを実行開始する、すなわち、第３冷却水通路３ｃ側を遮断すると共に、第２バイパス水路４ｂ側を開通させ、第２バイパス水路４ｂと第４冷却水通路３ｄとを連通するように三方弁７の弁の位置を制御するとともに、バッテリ２１から電動ウォータポンプ８に電力が供給されるように、作動開始指令を出し、この電動ウォータポンプ８による冷却水の圧送、循環を開始する。

その後Ｓ１０４に進み、Ｓ１０４において、内燃機関１のプレヒートを完了するプレヒート完了条件が成立したか否かを判別する。ここで、プレヒート完了条件の１つ目としては、第１水温センサ１０あるいは第２水温センサ１１にて検出された冷却水の温度が所定のプレヒート終了温度に到達した場合を例示することができる。ここでのプレヒート完了温度は、内燃機関１の始動前のプレヒートを実行する前の、機関内冷却水路２内の冷却水の温度と蓄熱容器５内に貯留された温水の温度とによって定められる。また、プレヒート完了条件の２つ目としては、Ｓ１０３の作動開始指令を出した後所定期間が経過した場合
を例示できる。かかる場合の所定期間は、内燃機関毎に定められるものであり、電動ウォータポンプ８の吐出容量、蓄熱容器５の容量等により予め定められるものである。

Ｓ１０４において、プレヒート完了条件が成立していないと判別された場合は、当該プレヒート完了条件が成立するまで再度Ｓ１０４以降の処理を実行する。一方、プレヒート完了条件が成立していると判別された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０５に進み、プレヒートの実行を完了させる、すなわち、第２バイパス水路４ｂ側を遮断すると共に、第３冷却水通路３ｃ側を開通させ、第２冷却水路３ｃと第４冷却水通路３ｄとを連通するように三方弁７の弁の位置を制御するとともに、バッテリ２１から電動ウォータポンプ８に電力が供給されないよう、作動停止指令を出し、この電動ウォータポンプ８による冷却水の圧送、循環を停止させる。そして、その後本ルーチンの実行を終了する。

以上説明したように、本実施例に係るプレヒート制御を実行することにより、内燃機関１の始動開始前から、蓄熱容器５に貯留された温水が内燃機関１に供給され、内燃機関１の始動時から吸気ポートや燃焼室等のシリンダヘッドの壁面の温度が上昇しているので、燃料が気化・霧化し易くなり、始動性の向上等を図ることができる。

なお、上述した制御ルーチンのＳ１０１では、プレヒート実行開始のトリガーであるか否かを判別するものであり、当該トリガーとしては、内燃機関１の始動前であれば良いため、ＥＣＵ２０に電力の供給が開始された後であれば、ドアスイッチ２２がＯＮとなったか否かを判別する以外に、車両の運転者が運転座席へ着座したか否か、当該運転者がシートベルトを装着したか否か、ＩＧスイッチ２３がＯＮであるか否か等を判別してもよい。

以上の実施例においては、ＩＧスイッチ２３がＯＮになること以外に、ドアスイッチ２２がＯＮになった時点でもＥＣＵ２０に電力の供給が開始され、プレヒート制御等の各種制御を実行することが可能になる場合について述べたが、ＥＣＵ２０に電力の供給が開始されるタイミングとしては、内燃機関の運転開始に関連する特定のタイミングであればよく、その他、当該内燃機関が搭載される車両のドアのロックが解除された時点、当該車両の運転者が運転座席へ着座した時点、当該運転者がシートベルトを装着した時点等を例示することができる。

上述したプレヒート制御にしたがってプレヒートを実行している期間中に内燃機関１が始動される場合、例えば、通常の運転時と同様に、第２水温センサ１１で検出する機関内冷却水路２内を流れる冷却水の温度に基づいて燃焼室内に供給する燃料量を決定すると、第２水温センサ１１で検出する温度は温水の温度であるため、壁面の実際の温度よりも高くなり、適切な量の燃料を供給することができなくなる。それゆえ、プレヒート中あるいはプレヒート完了後の燃焼室内に供給する燃料量を決定するにあたっては、ＥＣＵ２０は、プレヒート開始時点の冷却水の温度と、プレヒート実行中に蓄熱容器５から内燃機関１に供給された温水の温度及び量とに基づいて壁面の温度を推定し、当該推定温度に基づいて燃焼室内に供給する燃料量を決定する。また、暖機終了後においては、当該壁面の温度は機関内冷却水路２内を流れる冷却水の温度とほぼ等しいため、第２水温センサ１１で検出する温度を壁面の温度と推定して、燃焼室内に供給する燃料量を決定する。

しかしながら、プレヒートを実行した後に、ドアスイッチがＯＦＦになる等してメインリレー２４がＯＦＦにされＥＣＵ２０に電力が供給されなくなった場合には、前回のプレヒート実行中に蓄熱容器５から内燃機関１に供給した温水の温度及び量の履歴がリセットされてしまう。ゆえに、一旦メインリレーがＯＦＦにされた後それ程時間が経たない間にＩＧスイッチ２３がＯＮになり内燃機関が始動される場合でも、始動時点においては、まだプレヒートが実行されていないため、第２水温センサ１１で検出する冷却水の温度が壁面の温度であると推定する。また、上述したように、プレヒートを実行すると壁面の実際
の温度に対して前記第２水温センサ１１により検出される冷却水の温度が高くなる。さらに、プレヒート完了後においても両者が同じ温度になるには、ある程度の期間を要する。そのため、プレヒートが完了した後メインリレー２４がＯＦＦにされた後に、内燃機関が始動される場合、以下のような不具合が生じるおそれがある。

図４は、内燃機関が運転されることなしに、プレヒートが実行された場合の、プレヒート開始後からの第２水温センサ１１で検出する機関内冷却水路２内を流れる冷却水の温度と壁面の実際の温度との温度推移を示した図である。

例えば、図４に示したプレヒート完了後Ｔ１時間後に内燃機関が始動される場合、前記壁面の実際の温度が、プレヒートが必要と認識される温度である温度Ｔｆよりも低いにもかかわらず、第２水温センサ１１で検出され、壁面の温度であると推定される冷却水の温度が温度Ｔｆよりも高いため、プレヒートが必要であると認識されずにプレヒートが行われないおそれがある。

また、図４に示したプレヒート完了後Ｔ２時間後に内燃機関が始動される場合、第２水温センサ１１により検出され、壁面の温度であると推定される冷却水の温度が、前記温度Ｔｆよりも低い場合においても、実際の壁面の温度に対して高いため、燃料噴射量制御において本来必要となる燃料量よりも少なく供給されてしまうおそれがある。

そして、このように、壁面の温度が本来はプレヒートを実行することが必要である温度であるにもかかわらず行われない場合、あるいは壁面の温度が実際の温度よりも高いと判断されて供給される燃料量が本来必要とされる燃料量よりも少なくなる場合、温度状態あるいは運転状態等の内燃機関の状態を適切に制御することができなくなり、始動性の低下あるいはドライバビリティの悪化等を誘発してしまうおそれがある。

したがって、本実施例においては、かかる弊害を是正するために、プレヒートを実行した後には、実際の壁面の温度（推定した壁面の温度）が所定の温度より低い間は、壁面の温度を推定する壁温推定手段としても機能するＥＣＵ２０に電力を供給するようにメインリレー制御を実行する。これは、推定した壁面の温度が所定の温度より低い間は、励磁コイル２４ｂを励磁して接点２４ａを閉じ、ＥＣＵ２０にバッテリ２１から電力が供給されるようにメインリレー２４を制御するものである。

以下、本発明の実施例におけるメインリレー制御について、図５に示すフローチャート図に基づいて説明する。本ルーチンは、予めＥＣＵ２０に記憶されており、ＥＣＵ２０に電力が供給されている間、所定時間毎（例えば、６５ｍｓ毎）に繰り返されるルーチンである。

本ルーチンでは、先ず、Ｓ２０１にて、ドアスイッチ２２及びＩＧスイッチ２３がＯＦＦであるか否か、すなわち運転席のドアが閉じられ、内燃機関１の運転が停止されているか否かを判別する。そして、ドアスイッチ２２及びＩＧスイッチ２３がＯＦＦであると判別された場合、Ｓ２０２に進む。一方、ドアスイッチ２２及びＩＧスイッチ２３がＯＦＦではない、つまり、ドアスイッチ２２あるいはＩＧスイッチ２３のいずれかがＯＮであると判別された場合はＳ２０７へ進む。

Ｓ２０２においては、内燃機関の始動履歴が有るか否かを判別する。これは、現在はＩＧスイッチがＯＦＦであっても、以前、すなわちメインリレー２４がＯＮにされた時点から現在までに内燃機関が始動させられたか否かを判別するものである。そして、内燃機関の始動履歴が有ると判別された場合はＳ２０６へ進み、内燃機関の始動履歴が無いと判別された場合はＳ２０３へ進む。

Ｓ２０３においては、プレヒート実行中であるか否かを判別する。これは、上述したプレヒート制御にしたがってプレヒートが実行されているか否かを判別するものである。そして、プレヒート実行中であると判別された場合はＳ２０７へ進み、実行中でないと判別された場合はＳ２０４へ進む。

Ｓ２０４においては、プレヒート実行済みであるか否かを判別する。これは、現在はプレヒート実行中ではない場合であっても、以前、すなわちメインリレーがＯＮにされた時点から現在までに上述したプレヒート制御にしたがってプレヒートが既に実行されたか否かを判別するものである。そして、プレヒート実行済みであると判別された場合はＳ２０５へ進み、プレヒートがまだ実行されていないと判別された場合はＳ２０６へ進む。

Ｓ２０５においては、前記壁面の温度が所定温度より低いか否かを判別する。これは、プレヒート開始前の第２水温センサ１１の検出による冷却水の温度とプレヒート実行中に蓄熱容器５から内燃機関１に供給された温水の温度及び量とに基づいてプレヒート完了時の壁面の温度を推定し、当該プレヒート完了時推定温度、プレヒート完了後からの経過時間あるいは外気の温度等の相関関係を基に予め作成されたマップに基づいて現時点の壁面の温度を推定し、当該推定温度が所定温度より低いか否かを判別するものである。また、所定温度とは、現時点の第２水温センサ１１で検出した温度であることを例示することができる。そして、壁面の温度が所定温度より低いと判別された場合はＳ２０７へ進み、壁面の温度が所定温度以上と判別された場合はＳ２０６へ進む。

Ｓ２０６においては、メインリレーをＯＦＦ要求して本ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ２０７においては、メインリレーをＯＮ要求して本ルーチンの実行を終了する。

このようにすることで、壁面の温度が第２水温センサ１１による検出温度より低い間は、メインリレーはＯＮ要求されたままであり、ＥＣＵ２０には電力が供給され続けているので、たとえプレヒート完了後に内燃機関が始動される場合においても、プレヒートによる壁面の温度の上昇分を考慮して、再度プレヒートを実行する必要があるか否か、燃焼室にどれ程の燃料を供給する必要があるかが決定されるので、温度状態あるいは運転状態等の内燃機関の状態を適切に制御することができる。

また、上述したフローチャートのＳ２０５の所定温度として、プレヒートが必要と認識される温度である温度Ｔｆを用い、Ｓ２０５において「壁面の温度≧所定温度」であるか否かを判別すると、プレヒートによる壁面の温度の上昇分を考慮して、再度プレヒートを実行する必要があるか否かのみが適切に判断されることとなる。

なお、メインリレー２３が最終的にＯＦＦ処理されるのは、全てのメインリレーＯＦＦ判定においてＯＦＦが要求された場合である。このメインリレーのＯＦＦ判定としては、上述したメインリレー制御以外に、以下のものを例示することができる。すなわち、内燃機関のバルブタイミングを適宜に変更するバルブタイミング可変機構を備えている場合において、次回の内燃機関の始動性を良好なものするためには、機関バルブのバルブタイミングを機関始動に適したバルブタイミングが得られるようにする必要がある。そのためには、可動部材に十分な油圧を作用させる必要があり、内燃機関の運転停止後に、所望量の作動油を所定の箇所に供給する必要がある。そして、かかる場合も、内燃機関の運転停止後に所望量の作動油が供給されるまで、作動油を供給するためのポンプ等を駆動させる必要があり、メインリレーがＯＮ継続される必要がある。そのため、かかる場合もメインリレーＯＦＦ判定がなされる。

そして、本発明の実施例においては、いかなるタイミングでメインリレーＯＦＦ処理を
実行するかを制御するメインリレーＯＦＦ処理制御を実行する。以下、本実施例におけるメインリレーＯＦＦ処理制御について、図６に示すフローチャート図に基づいて説明する。本ルーチンは、予めＥＣＵ２０に記憶されており、ＥＣＵ２０に電力が供給されている間、所定時間毎（例えば、６５ｍｓ毎）に繰り返されるルーチンである。

先ず、Ｓ３０１において、全てのメインリレーＯＦＦ判定においてＯＦＦ要求がされているか否かを判別する。そして、全てのメインリレーＯＦＦ判定においてＯＦＦ要求がされていると判別された場合は、Ｓ３０２へ進み、メインリレーのＯＦＦ処理、つまり、メインリレー駆動回路２０ａに対する通電を停止して励磁コイル２３ｂを消磁することにより、接点２３ａを開き、バッテリ２１からＥＣＵ２０自身への電力供給を停止して本ルーチンの実行を終了する。

一方、Ｓ３０２において、全てのメインリレーＯＦＦ判定においてＯＦＦ要求がされていいないと判別された場合は、本ルーチンの実行を終了する。

このようにメインリレーＯＦＦ処理制御を実行することにより、適切なタイミングでメインリレーのＯＦＦ処理を実行することができ、上述したように壁面の温度が第２水温センサ１１にて検出された温度、つまり冷却水の温度と同じになるまでＥＣＵ２０に電力を供給し続けることができる。

実施例２は実施例１に対して、メインリレー制御の制御ルーチンが異なるだけであり、その他は実施例１と同一なので詳細な説明は省略する。実施例１においては壁面の温度が、第２水温センサ１１にて検出された温度、つまり冷却水の温度より低い場合はメインリレー２４のＯＮ要求をしていたが、本実施例においては、予め、例えば、プレヒート開始時点から、壁面の温度が第２水温センサ１１にて検出される冷却水の温度と等しくなるまでの時間を決定しておき、プレヒートを開始する場合は必ず当該時間が経過するまでメインリレーのＯＮ要求をするものである。

以下、本発明の実施例におけるメインリレー制御について、図７に示すフローチャート図に基づいて説明する。本ルーチンは、予めＥＣＵ２０に記憶されており、ＥＣＵ２０に電力が供給されている間、所定時間毎（例えば、６５ｍｓ毎）に繰り返されるルーチンである。

本ルーチンでは、先ず、Ｓ４０１にて、ドアスイッチ２２及びＩＧスイッチ２３がＯＦＦであるか否か、すなわち運転席のドアが閉じられ、内燃機関１の運転が停止されているか否かを判別する。そして、ドアスイッチ２２及びＩＧスイッチ２３がＯＦＦであると判別された場合、Ｓ４０２に進む。一方、ドアスイッチ２２及びＩＧスイッチ２３がＯＦＦではない、つまり、ドアスイッチ２２あるいはＩＧスイッチ２３のいずれかがＯＮであると判別された場合はＳ４０７へ進む。

Ｓ４０２においては、プレヒートを開始するタイミングであるか否かを判別する。これは上述したプレヒート制御にしたがって行なわれるプレヒートを実行開始するタイミングであるか否かを判別するものである。そして、プレヒート開始タイミングであると判別された場合はＳ４０３へ進み、プレヒート開始タイミングではないと判別された場合はＳ４０４へ進む。ゆえに、例えば、ＥＣＵ２０に電力が供給開始されるのが、ドアスイッチ２２がＯＮになった時点である場合であって、プレヒート開始タイミングとしてもドアスイッチ２２がＯＮとなった時点である場合は、ドアスイッチ２２がＯＮになった時点でＳ４０３へ進むこととなる。なお、プレヒート開始タイミングとしては、内燃機関１の運転開始に関連する特定のタイミングであればよく、その他、当該内燃機関１が搭載される車両
の運転者が運転座席へ着座した時点、当該運転者がシートベルトを装着した時点、ＩＧスイッチ２３がＯＮになった時点等を例示することができる。

Ｓ４０３においてはカウンタをＸ秒に設定してＳ４０７へ進む。なお、Ｘ秒は内燃機関毎に予め定められるものであり、例えば、プレヒート実行中に内燃機関１が始動させられずにプレヒートが完了する場合の、プレヒート開始時点から、実際の壁面の温度が第２水温センサ１１にて検出される冷却水の温度と等しくなるまでの時間（図４のＸ１参照）であることを例示することができる。あるいは、プレヒート開始時点から、実際の壁面の温度がプレヒートを実行する温度である基準温度Ｔｆと等しくなる時間（図４のＸ２参照）であることを例示することができる。

Ｓ４０４においては、プレヒート実行中であるか否かを判別する。これは、上述したプレヒート制御にしたがってプレヒートが実行されているか否かを判別するものである。そして、プレヒート実行中であると判別された場合はＳ４０５へ進み、実行中でないと判別された場合は本ルーチンの実行を終了する。

Ｓ４０５においては、カウンタを減算してＳ４０６へ進む。これは、これまでのフローにおいてすでに設定されているカウンタから、前回のフローから今回のフローまでの経過時間を減算するものである。例えば、前回のフローでカウンタとしてＸ秒が設定された場合であって（Ｓ４０３）、６５ｍｓ毎に本ルーチンが繰り返される場合、今回のフローでカウンタは（Ｘ−０．０６５）秒に減算されることとなる。

Ｓ４０６においては、カウンタが零より大きいか否かを判別する。そして、カウンタが零より大きいと判別された場合はＳ４０７へ進み、零以下であると判別された場合はＳ４０８へ進む。

Ｓ４０７においては、メインリレーをＯＮ要求して本ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ４０８においては、メインリレーをＯＦＦ要求して本ルーチンの実行を終了する。

このようにすることで、例えば、壁面の温度が第２水温センサ１１による検出温度と同じ温度になる所定期間は、メインリレー２４はＯＮ要求されたままで、ＥＣＵ２０には電力が供給されたままとなるので、たとえプレヒート完了後に内燃機関１が始動される場合においても、プレヒートによる壁温の上昇分を考慮して、再度プレヒートが必要か否か、燃焼室にどれ程の燃料を供給する必要があるかが決定される。

本発明の実施例に係る蓄熱装置を備えた内燃機関とその冷却水循環系の概略構成を示す図である。 本発明の実施例に係る蓄熱装置を備えた内燃機関における内燃機関の暖機時に蓄熱装置に貯留された温水を供給する場合の循環経路を示す図である。 実施例１に係るプレヒート制御の制御ルーチンを示すフローチャート図である。 プレヒートを実行した場合のプレヒート実行開始からの第２水温センサにて検出される冷却水の温度と壁面の温度との温度推移を示す図である。 実施例１に係るメインリレー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１に係るメインリレーＯＦＦ処理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２に係るメインリレー制御の制御ルーチンを示すフローチャート図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 機関内冷却水路
３ 冷却水通路
３ａ 第１冷却水通路
３ｂ 第２冷却水通路
３ｃ 第３冷却水通路
３ｄ 第４冷却水通路
４ａ 第１バイパス水路
４ｂ 第２バイパス水路
５ 蓄熱容器
５ａ 第１冷却水出入口
５ｂ 第２冷却水出入口
６ ヒータコア
７ 三方弁
８ 電動ウォータポンプ
９ 機械式ウォータポンプ
１０ 第１水温センサ
１１ 第２水温センサ
２０ ＥＣＵ
２１ バッテリ
２２ ドアスイッチ
２３ イグニッションスイッチ
２４ メインリレー

Claims (2)

1. 内燃機関に形成され、熱媒体が流通する熱媒体通路と、
   当該熱媒体通路を流通する熱媒体の温度を検出する熱媒体温度検出手段と、
   熱媒体を保温したまま貯留する蓄熱装置と、
   当該蓄熱装置に貯留された熱媒体を前記熱媒体通路に供給する熱媒体供給手段と、
   前記熱媒体温度検出手段の検出値と、電力が供給されている間に前記熱媒体供給手段により前記熱媒体通路に供給された熱媒体と、に基づいてシリンダヘッドの壁面の温度を推定する壁温推定手段を有し、当該壁温推定手段にて推定した壁面の温度に基づいて内燃機関の状態を制御する制御手段と、
   を備えた蓄熱装置を備えた内燃機関において、
   前記制御手段は、前記内燃機関の運転開始に関連する特定のタイミングで電力の供給が開始されて前記蓄熱装置に貯留された熱媒体を前記熱媒体通路に供給させるように前記熱媒体供給手段を制御し、当該熱媒体供給手段による熱媒体の供給を終了させた後も、前記壁温推定手段にて推定した壁面の温度が所定温度より低い間は電力が供給され続けることを特徴とする蓄熱装置を備えた内燃機関。
2. 前記所定温度は前記熱媒体温度検出手段にて検出される温度であ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。

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