JP4059162B2 - 蓄熱装置を備えた内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、蓄熱装置を備えた内燃機関に関する。

一般に、自動車等の車両に搭載される内燃機関にとって、燃焼室周辺の温度が所定温度に達していない状態（冷間状態）での機関運転は、燃焼室に供給される燃料が十分に霧化されないこと等の不具合を生じさせ、排気特性（エミッション）や燃費性能を悪化させてしまう場合がある。

そこで、内燃機関が運転中に発する熱を蓄えておき、蓄えた熱を冷間状態にある機関に供給して内燃機関の温度を上昇させる蓄熱装置を備えた内燃機関が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、このような従来の蓄熱装置においては、蓄熱装置内の高温の熱媒体が内燃機関に到達した後も、冷却水の循環が継続されるため、蓄熱装置から内燃機関に到達した高温の冷却水が内燃機関から排出されるとともに、元々内燃機関内に滞留していた低温の冷却水が蓄熱装置を通過して再び内燃機関に流入することとなり、内燃機関の昇温が妨げられることが想定される。

そこで、蓄熱装置内の高温の熱媒体が内燃機関に到達した後は、蓄熱装置と内燃機関との間での冷却水の循環を止めて、元々内燃機関内に滞留していた低温の冷却水が蓄熱装置から再び内燃機関に流入させないようにする技術が提案されている。
特開平６−１８５３５９号公報 特開２００２−１２２０６１号公報

上記のような従来技術の場合には、内燃機関が始動される場合においても、蓄熱装置と内燃機関との間での冷却水の循環は止められた状態としており、以下のような問題が生じる場合がある。

すなわち、蓄熱装置から内燃機関へ熱媒体の供給が行われずに内燃機関が始動するような場合や、熱媒体の供給が途中で中止されて内燃機関が始動するような場合においても、蓄熱装置と内燃機関との間での冷却水の循環が止められていると、蓄熱装置に蓄えられた高温の冷却水が内燃機関に供給されることはなく、蓄熱装置に蓄えられた高温の冷却水を有効に利用することができない。

本発明は、上記したような事情に鑑みてなされたものであり、蓄熱装置に蓄えられた高温の熱媒体を有効に利用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を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にあっては、内燃機関の始動に先立って行われる内燃機関への熱媒体の供給が実施されていない、または、完了していない場合に、内燃機関が始動した場合、閉鎖されている前記蓄熱装置と内燃機関との間の循環回路を所定時間開放させることを要旨とするものである。

ここで、内燃機関の始動に先立って行われる内燃機関への熱媒体の供給（以下、予熱制御（プレヒート）という場合もある）が実施されていない場合に内燃機関が始動する場合とは、例えば、内燃機関の始動に先立つ特定の動作（トリガー）が生じることなく、内燃機関が始動されてしまう場合である。これは、特に運転者等の行為に起因する人為的な事象を予熱制御のトリガーとする場合に起こり得る。例えば、運転席側ドアの開放動作が予熱制御のトリガーとして設定されている場合に、運転席側ドア以外のドアから乗車して内燃機関を始動させても、予熱制御が実行されることはない。

また、予熱制御が完了していない場合に内燃機関が始動する場合とは、予熱制御が行われている途中（予熱制御が完全に終了していない状態）で該予熱制御を終了（中止）して内燃機関が始動される場合を示すものである。そして、予熱制御が行われている途中で、内燃機関が始動される場合とは、例えば、予熱制御実行中に、バッテリの電圧が所定電圧よりも低くなった場合である。予熱制御時においては電動式の熱媒体供給手段（例えば、電動ウォーターポンプ）を作動させるため、熱媒体供給手段の作動によりバッテリ電圧が低下して内燃機関の始動が困難となる可能性があるような場合には、予熱制御を途中で終了させて内燃機関を始動させる。

また、予熱制御実行中に、運転者が内燃機関を始動させる動作を行った場合、例えば、イグニッションスイッチをオンとした場合でも、予熱制御を途中で終了させて内燃機関が始動する。

また、内燃機関が、他の駆動手段（例えば、電動式モータ）が付設されて内燃機関と他の駆動手段との協働により駆動力を発生する、いわゆるハイブリッドエンジンである場合においては、予熱制御実行中に、アクセルペダルが所定以上に踏み込まれた場合に内燃機関が始動される場合がある。これは、予熱制御実行中にアクセルペダルが所定以上に踏み込まれた場合、他の駆動手段により得られるトルクだけでは十分でなく、内燃機関によるトルクが必要とされるためである。

このような、予熱制御が完了することなく内燃機関が始動される場合には、蓄熱装置内に蓄熱された高温の熱媒体の内燃機関への供給は完全には行われない（全く行われない、または、途中で終了してしまう）。そこで、本発明では、閉鎖されている蓄熱装置と内燃機関との間の循環回路を所定時間開放させるものである。

本発明は、具体的には、
熱媒体が持つ熱を蓄熱する蓄熱装置と、
前記蓄熱装置と内燃機関との間で熱媒体を循環させる循環回路と、
前記蓄熱装置内の熱媒体を前記循環回路を通して内燃機関に供給する熱媒体供給手段と、内燃機関の始動に先立って、前記熱媒体供給手段により前記蓄熱装置内の熱媒体を内燃機関に供給させる熱媒体供給実行手段と、
内燃機関の始動時に、前記循環回路を閉鎖して前記蓄熱装置と内燃機関との熱媒体の循環を停止させる循環回路開閉手段と、
を有する蓄熱装置を備えた内燃機関において、
内燃機関が始動した場合に、前記熱媒体供給実行手段により内燃機関への熱媒体の供給が行われたか否か、行われていれば完了したか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記熱媒体供給実行手段による内燃機関への熱媒体の供給が行われていない、または、完了していないと判定された場合に、閉鎖されている前記循環回路を前記循環回路開閉手段により所定時間開放させる制御手段と、
を備えることを特徴とする。
あるいは、
熱媒体が持つ熱を蓄熱する蓄熱装置と、
前記蓄熱装置と内燃機関との間で熱媒体を循環させる循環回路と、
前記蓄熱装置内の熱媒体を前記循環回路を通して内燃機関に供給する熱媒体供給手段と、内燃機関の始動に先立って、運転者等の行為に起因する人為的な事象をトリガーとして、前記熱媒体供給手段により前記蓄熱装置内の熱媒体を内燃機関に供給させる熱媒体供給実行手段と、
内燃機関の始動時に、前記循環回路を閉鎖して前記蓄熱装置と内燃機関との熱媒体の循環を停止させる循環回路開閉手段と、
を有する蓄熱装置を備えた内燃機関において、
内燃機関が始動した場合に、前記トリガーが生じて前記熱媒体供給実行手段により内燃機関への熱媒体の供給が行われたか否か、行われていれば前記熱媒体供給実行手段による内燃機関への熱媒体の供給が途中で終了して内燃機関が始動したか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により、前記トリガーが生じることなく内燃機関が始動して前記熱媒体供給実行手段による内燃機関への熱媒体の供給が行われていない、または、前記熱媒体供給実行手段による内燃機関への熱媒体の供給が途中で終了して内燃機関が始動したと判定された場合に、閉鎖されている前記循環回路を前記循環回路開閉手段により所定時間開放させる制御手段と、
を備えることを特徴とする。

このように構成することにより、内燃機関への熱媒体の供給が行われていない、または、完了していない場合に内燃機関が始動した場合に、閉鎖されている蓄熱装置と内燃機関との間の循環回路を所定時間開放させて、蓄熱装置に蓄熱されている熱媒体を内燃機関に供給することができる。したがって、蓄熱装置に蓄熱された熱媒体を有効に利用（活用）することが可能となる。

上記の構成において、
前記熱媒体供給手段は、前記循環回路内の熱媒体を圧送する手段であり、
内燃機関の動作に連動し、内燃機関内部に設けられ前記循環回路に連通する熱媒体の流路内の熱媒体を圧送する圧送手段をさらに備え、
前記循環回路において、前記熱媒体供給手段により圧送される熱媒体が流れる方向は、前記圧送手段により圧送される熱媒体が流れる方向と逆方向となることも好ましい。

このように、循環回路において、熱媒体供給手段により圧送される熱媒体が流れる方向と、圧送手段により圧送される熱媒体が流れる方向とが逆方向となるように構成することにより、循環回路を構成する構成部品の簡素化（部品点数の低減化）を図る場合がある。このような場合には、内燃機関が始動されると、熱媒体供給手段は停止状態とされるので、閉鎖されている循環回路を循環回路開閉手段により開放することにより、圧送手段により生じる熱媒体の流れによって、蓄熱装置内の熱媒体を内燃機関に供給することができる。

本発明によれば、蓄熱装置に蓄えられた高温の熱媒体を有効に利用することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る内燃機関について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施の形態に係る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。図１に示す内燃機関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、本実施の形態に係る熱媒体としての冷却水を流通させるためのエンジン冷却水路２が形成さている。エンジン冷却水路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。エンジン冷却水路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ーポンプ９の吐出口に接続されている。機械式ウォーターポンプ９の吸込口は冷却水通路３の他端と接続されている。ここで、機械式ウォーターポンプ９は、本実施の形態に係る圧送手段を構成している。

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、エンジン冷却水路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、機械式ウォーターポンプ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４ｂの途中には電動ウォーターポンプ８が設置されている。ここで、電動ウォーターポンプ８は、本実施の形態に係る熱媒体供給手段を構成している。

蓄熱容器５は、本実施の形態に係る蓄熱装置を構成するもので、冷却水が持つ熱を蓄熱しつつ冷却水を貯留する容器であり、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。

電動ウォーターポンプ８は、バッテリ３０を駆動源とするウォーターポンプであり、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。

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、エンジン冷却水路２には、このエンジン冷却水路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第２水温センサ１１が設けられている。

ここで、冷却水通路３においては、説明の便宜上、第１バイパス水路４ａとの接続部とエンジン冷却水路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ーポンプ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、本実施の形態に係る循環回路開閉手段を構成するもので、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（流路）を開通することができるように構成されている。三方弁７は、例えば、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ようになっている。

また、三方弁７には、この三方弁７による遮断位置（もしくは開通位置）に対応した電気信号を出力するポジションセンサ１２が設置されている。

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ための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０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り、本実施の形態に係る熱媒体供給実行手段、判定手段及び制御手段を構成している。

ＥＣＵ２０には、前述した第１水温センサ１０や、第２水温センサ１１、ポジションセンサ１２など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、バッテリ３０や、電動ウォーターポンプ８、三方弁７と電気的に接続され、ＥＣＵ２０が、バッテリ３０からの電動ウォーターポンプ８への電力供給や三方弁７を制御している。そして、ＥＣＵ２０は、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回路を切り換えている。

次に、本実施の形態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。冷却水の
循環（挙動）は、基本的には、ＥＣＵ２０により制御される三方弁７や、機械式ウォーターポンプ９や、電動ウォーターポンプ８の動作によって制御される。

まず、内燃機関１の予熱制御（プレヒート）時の冷却水の循環について説明する。図２は、内燃機関１の予熱制御時の冷却水の循環回路を示す図である。図２における一点鎖線の矢印は冷却水の流れを示す。なお、ここでは、予め蓄熱容器５内に高温の冷却水が貯蔵されているものとする。

ＥＣＵ２０は、内燃機関１の始動に先立つ特定の動作（トリガー）を検出することにより、プレヒートを実行する。ここで、トリガーとしては、ある程度必然性のある事象であれば、運転者等の行為に起因する人為的なものであっても、人為的なものでなくてもよい。

ＥＣＵ２０は、トリガーを検出すると、予熱制御を実行すべく、第３冷却水通路３ｃを遮断し、且つ、第２バイパス水路４ｂと第４冷却水通路３ｄとを連通させるべく三方弁７を制御する。尚、この三方弁７の制御はエンジン停止時に制御してもよい。さらに、ＥＣＵ２０は、バッテリ３０から電力を供給し電動ウォーターポンプ８を作動させる。

この場合、機械式ウォーターポンプ９が作動せずに電動ウォーターポンプ８のみが作動するため、電動ウォーターポンプ８によって冷却水が圧送されて、図２において一点鎖線の矢印で示すような循環回路が形成される。すなわち、電動ウォーターポンプ８→第２冷却水出入口５ｂ→蓄熱容器５→第１冷却水出入口５a→第１バイパス水路４ａ→第１冷却水通路３ａ→エンジン冷却水路２→機械式ウォーターポンプ９→第４冷却水通路３ｄ→三方弁７→第２バイパス水路４ｂ→電動ウォーターポンプ８の順に冷却水が循環する循環回路が形成される。

このような循環回路が成立すると、電動ウォーターポンプ８によって圧送された冷却水が第２冷却水出入口５ｂを介して蓄熱容器５内に流入し、それと入れ代わりに蓄熱容器５内に貯蔵されていた高温の冷却水が蓄熱容器５から排出される。蓄熱容器５から排出された高温の冷却水は、第１冷却水出入口５a、第１バイパス水路４ａ及び第１冷却水通路３ａを介して、内燃機関１内のエンジン冷却水路２に流入する。

このように、蓄熱容器５に貯蔵されていた高温の冷却水がエンジン冷却水路２へ流入すると、それと入れ代わりに、エンジン冷却水路２に滞留していた低温の冷却水がエンジン冷却水路２から第４冷却水通路３ｄへ押し出されることになる。

この結果、内燃機関１では、蓄熱容器５から供給された高温の冷却水の熱がエンジン冷却水路２の壁面へ伝達され、それにより内燃機関１が予熱される。

ところで、蓄熱容器５から排出された高温の冷却水がエンジン冷却水路２に行き渡った後も冷却水の循環が継続されると、蓄熱容器５からエンジン冷却水路２に流入した高温の冷却水がエンジン冷却水路２から流出してしまう上、エンジン冷却水路２から流出した低温の冷却水が再びエンジン冷却水路２に流入してしまうため、高温の冷却水から内燃機関１へ伝達された熱が再び低温の冷却水に奪われ、内燃機関１の予熱が妨げられることになる。

このため、蓄熱容器５に貯蔵されていた高温の冷却水がエンジン冷却水路２に充満するとともに、エンジン冷却水路２に滞留していた低温の冷却水がエンジン冷却水路２から流出した時点で、蓄熱容器５に貯蔵されていた冷却水がエンジン冷却水路２へ流入しないように、ＥＣＵ２０が、三方弁７を制御するとともに、電動ウォーターポンプ８の作動を停
止させるようにしている。

蓄熱容器５に貯蔵されていた高温の冷却水がエンジン冷却水路２に充満したことを判定する方法としては、（１）電動ウォーターポンプ８の作動が開始された時点から蓄熱容器５内の高温の冷却水がエンジン冷却水路２の全体に行き渡るまでの時間（以下、冷却水到達時間と称する）を予め実験的に求めておき、電動ウォーターポンプ８の作動が開始された時点からの経過時間が前記冷却水到達時間以上となった時にエンジン冷却水路２に高温の冷却水が充満したと判定する方法、（２）エンジン冷却水路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第２水温センサ１１の出力信号値が所定温度以上となった時に、エンジン冷却水路２に高温の冷却水が充満したと判定する方法、（３）内燃機関１において、シリンダヘッドやシリンダブロックに、それらの温度に対応した温度センサを取り付け、その温度センサの出力信号値が所定温度以上となった時にエンジン冷却水路２に温水が充満したと判定する方法、等を例示することができる。

上記したような方法により蓄熱容器５に貯蔵されていた高温の冷却水がエンジン冷却水路２に充満したと判定すると、ＥＣＵ２０は、第２バイパス水路４ｂを遮断し、且つ、第３冷却水通路３ｃと第４冷却水通路３ｄとを連通させるべく三方弁７を制御するとともに、電動ウォーターポンプ８の作動を停止させる。

この場合の三方弁７の制御について以下に説明する。

スターターモータの作動により内燃機関１がクランキングされると、内燃機関１のクランクシャフトの回転トルクによって機械式ウォーターポンプ９が作動することとなる。そして、機械式ウォーターポンプ９の作動により、機械式ウォーターポンプ９→エンジン冷却水路２→第１冷却水通路３ａの順で冷却水が流れるが、三方弁７が予熱制御時の状態を維持した場合、すなわち、第３冷却水通路３ｃの遮断状態を継続させた場合、第１冷却水通路３ａから第１バイパス水路４ａ及び第１冷却水出入口５aを通って蓄熱容器５に冷却水が流れるようになってしまう。このため、エンジン冷却水路２から流出した低温の冷却水が蓄熱容器５を介して再びエンジン冷却水路２に流入してしまい、高温の冷却水から内燃機関１へ伝達された熱が再び冷却水に奪われ、内燃機関１の予熱が妨げられることになる。

したがって、内燃機関１の始動時には、第３冷却水通路３ｃと第４冷却水通路３ｄとを連通させ、第２バイパス水路４ｂを遮断状態とさせるべく三方弁７が制御される。

次に、内燃機関１が運転状態にある場合について説明する。図３は、内燃機関１が運転状態にある場合の冷却水の循環回路を示す図である。図３における一点鎖線の矢印は冷却水の流れを示す。

内燃機関１が運転状態にあるときには、ＥＣＵ２０は、第２バイパス水路４ｂを遮断し、且つ、第３冷却水通路３ｃと第４冷却水通路３ｄとを連通させるべく三方弁７を制御するとともに、電動ウォーターポンプ８を停止状態に維持する。

この場合、内燃機関１の作動に連動して機械式ウォーターポンプ９が作動し、機械式ウォーターポンプ９によって冷却水は圧送される。

このため、図３に示すように、機械式ウォーターポンプ９→エンジン冷却水路２→第１冷却水通路３ａ→第２冷却水通路３ｂ→ヒータコア６→第３冷却水通路３ｃ→三方弁７→第４冷却水通路３ｄ→機械式ウォーターポンプ９の順で冷却水が流れる循環回路が成立する。すなわち、内燃機関１とヒータコア６とを経由する循環回路が成立する。

このような循環回路により、エンジン冷却水路２を流通する冷却水は、内燃機関１によって加熱されるため温度が上昇し、その熱量によってヒータコア６を昇温させることができる。

次に、内燃機関１の運転中において、蓄熱容器５内に高温の冷却水を回収する場合について説明する。図４は、内燃機関１の運転中に高温の冷却水を蓄熱容器５に回収するときの冷却水の循環回路を示す図である。図４における一点鎖線の矢印は冷却水の流れを示す。

内燃機関１が運転状態にあるときには、上述したように、第２バイパス水路４ｂが遮断され、且つ、第３冷却水通路３ｃと第４冷却水通路３ｄとが連通されている。また、電動ウォーターポンプ８は停止状態に維持され、機械式ウォーターポンプ９は作動している。このようにして、内燃機関１の運転中、冷却水はエンジン冷却水路２と冷却水通路３とを循環しつつ内燃機関１によって加熱されている。

そして、第２水温センサ１１によって検出される、エンジン冷却水路２内を流れる冷却水の温度が所定温度以上となった場合、ＥＣＵ２０は、第３冷却水通路３ｃおよび第４冷却水通路３ｄと第２バイパス水路４ｂとを連通させるべく、三方弁７を制御する。なお、内燃機関１の運転中においては、通常は電動ウォーターポンプ８を作動させることはない。

この場合、内燃機関１から流出した高温の冷却水は、機械式ウォーターポンプ９→エンジン冷却水路２→第１冷却水通路３ａ→第１バイパス水路４ａ→第１冷却水出入口５a→蓄熱容器５の順で流れることにより、蓄熱容器５に貯蔵されることになる。

このような循環回路を構成することにより、エンジン冷却水路２内の高温となった冷却水を回収して蓄熱容器５に貯蔵することができる。

蓄熱容器５内への高温の冷却水の回収は、内燃機関１の運転停止直後に行われる場合もある。この場合について、以下に説明する。

内燃機関１の運転停止直後、第２水温センサ１１によって検出される、エンジン冷却水路２内を流れる冷却水の温度が所定温度以上であれば、ＥＣＵ２０は、第３冷却水通路３ｃを遮断し、且つ、第２バイパス水路４ｂと第４冷却水通路３ｄとを連通させるべく三方弁７を制御するとともに、内燃機関１の運転停止に伴い機械式ウォーターポンプ９が停止してしまうので電動ウォーターポンプ８を作動させる。

この場合、機械式ウォーターポンプ９が作動せずに電動ウォーターポンプ８のみが作動するため、図２に示すような循環回路が成立する。

このような循環回路では、エンジン冷却水路２内の内燃機関のシリンダヘッド及びシリンダブロックにより加熱された高温の冷却水を蓄熱容器５に回収して貯蔵することができる。

次に、本実施の形態において、予熱制御が完了することなく内燃機関１が始動される場合について説明する。予熱制御が完了することなく内燃機関１が始動される場合とは、予熱制御が行われることなく内燃機関１が始動される場合や、予熱制御が行われている途中（予熱制御が完全に終了していない状態）で該予熱制御を終了（中止）して内燃機関１が始動される場合のことである。

このような、予熱制御が完了することなく内燃機関１が始動される場合には、蓄熱容器５内の高温の冷却水の内燃機関１への供給は完全には行われない（全く行われない、または、途中で終了してしまう）。

そして、内燃機関１が始動される場合においては、三方弁７は、上述したように、第３冷却水通路３ｃと第４冷却水通路３ｄとを連通させて、第２バイパス水路４ｂを遮断状態とすべく制御されるので、蓄熱容器５からの冷却水の流れは遮断されることとなる。

このため、予熱制御が完了することなく内燃機関１が始動される場合には、蓄熱容器５内の高温の冷却水が有効に利用されることはない。

そこで、本実施の形態では、予熱制御が完了することなく内燃機関１が始動された場合には、内燃機関１と蓄熱容器５とを循環する循環回路を所定時間成立させて、蓄熱容器５内の高温の冷却水を内燃機関１に流入させることとした。すなわち、ＥＣＵ２０により、第２バイパス水路４ｂと第４冷却水通路３ｄとを連通させ、第３冷却水通路３ｃを遮断状態とすべく、三方弁７を制御させるものである。

この場合の冷却水の循環回路を図５に示す。図５における一点鎖線の矢印は冷却水の流れを示す。

内燃機関１が始動されると、内燃機関１の作動に連動して機械式ウォーターポンプ９が作動し、機械式ウォーターポンプ９によって冷却水は圧送される。電動ウォーターポンプ８は停止状態に維持される。

この場合、内燃機関１から流出した冷却水は、機械式ウォーターポンプ９→エンジン冷却水路２→第１冷却水通路３ａ→第１バイパス水路４ａ→第１冷却水出入口５a→蓄熱容器５の順で流れることにより、蓄熱容器５内に貯蔵されていた高温の冷却水が蓄熱容器５から流出することとなる。そして、蓄熱容器５から流出した高温の冷却水は、第２冷却水出入口５ｂ→電動ウォーターポンプ８→第２バイパス水路４ｂ→三方弁７→第４冷却水通路３ｄ→機械式ウォーターポンプ９→エンジン冷却水路２の順に流れ、内燃機関１に流入することとなる。

したがって、予熱制御が行われなかった場合や、予熱制御が途中で終了してしまった場合においても、内燃機関が始動した場合に、蓄熱容器５内に貯蔵されていた高温の冷却水を内燃機関１に供給することができるので、蓄熱容器５内の高温の冷却水を有効に利用することが可能となる。

上述した説明では、予熱制御が完了することなく内燃機関１が始動される場合、第２バイパス水路４ｂと第４冷却水通路３ｄとを連通させ、第３冷却水通路３ｃを遮断状態とすべく、三方弁７を制御することとしたが、第２バイパス水路４ｂと第４冷却水通路３ｄと第３冷却水通路３ｃとを連通させるべく、三方弁７を制御してもよい。この場合には、図４に示した循環回路と同様の循環回路が成立している。これにより、高温の冷却水がヒータコア６側にも流通することとなり、高温の冷却水からヒータコア６へ熱が伝達され、それによりヒータコア６をも熱することができる。

次に、予熱制御が完了することなく内燃機関１が始動される場合の三方弁７の制御について説明する。図６は、予熱制御が完了することなく内燃機関１が始動される場合の三方弁７の制御ルーチンを示すフローチャート図である。

まず、ステップＳ１０１では、内燃機関１が始動したか否かが判定される。内燃機関１が始動したか否かは、例えば、内燃機関１の機関回転速度により判定するとよく、機関回転速度が所定回転速度以上となった場合に、内燃機関１が始動したと判定するとよい。機関回転速度は、例えば、内燃機関１に取り付けられたクランクポジションセンサが、クランクシャフトが一定角度回転する毎に出力パルスをＥＣＵ２０に出力し、ＥＣＵ２０がこの出力パルスに基づいて演算することにより求められる。ステップＳ１０１で内燃機関１が始動したと判定された場合はステップＳ１０２に進み、否定判定された場合には本ルーチンの実行を終了する。

ステップＳ１０２では、予熱制御が実行されたか否かが判定される。この場合、例えば、予熱制御の実行ルーチンが開始された場合において、予熱制御開始フラグ“ＯＮ”が記憶されるフラグ記憶領域がＥＣＵ２０に設定されているとよい。そして、予熱制御が実行されたか否かの判定は、フラグ記憶領域にアクセスして、該フラグ記憶領域に予熱制御開始フラグ“ＯＮ”が記憶されているか否かを判定することとするとよい。また、予熱制御が実行されたか否かは、電動ウォーターポンプ８が作動したか否かを判定してもよい。また、電動ウォーターポンプ８が作動したか否かは、バッテリ３０から電動ウォーターポンプ８への電力供給手段による電力供給が行われた否かを判定してもよい。ステップＳ１０２で予熱制御が実行されたと判定された場合はステップＳ１０３に進み、否定判定された場合にはステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０３では、実行された予熱制御が途中で終了した（予熱制御が開始されたが完了していない場合）か否かを判定する。この場合には、上述したフラグ記憶領域に、予熱制御が完了した場合に予熱制御完了フラグ“ＯＮ”をさらに記憶させておくとよい。これにより、該フラグ記憶領域には、予熱制御が開始された場合に予熱制御開始フラグ“ＯＮ”が記憶され、予熱制御が完了した場合に予熱制御完了フラグ“ＯＮ”が記憶される。そして、実行された予熱制御が途中で終了したか否かの判定は、フラグ記憶領域にアクセスして、該フラグ記憶領域に予熱制御開始フラグのみ“ＯＮ”が記憶されているか否かを判定することとするとよい。

また、予熱制御が途中で終了したか否かは、電動ウォーターポンプ８の作動時間により判定してもよい。この場合には、予熱制御実行ルーチンで設定された作動時間と比較することにより判定を行うとよい。また、電動ウォーターポンプ８の作動時間として、バッテリ３０から電動ウォーターポンプ８へ電力供給を行う電力供給手段の作動時間としてもよい。ステップＳ１０３で予熱制御が途中で終了したと判定された場合はステップＳ１０４に進み、否定判定された場合には本ルーチンの実行を終了する。

ステップＳ１０４では、所定時間の間、第２バイパス水路４ｂと第４冷却水通路３ｄとを連通させ、第３冷却水通路３ｃを遮断状態とすべく、三方弁７を制御する。または、所定時間の間、第２バイパス水路４ｂと第４冷却水通路３ｄと第３冷却水通路３ｃとを連通させるべく、三方弁７を制御する。そして、所定時間経過後は、三方弁７の制御状態を解除する。すなわち、第３冷却水通路３ｃと第４冷却水通路３ｄとを連通させ、第２バイパス水路４ｂを遮断状態とさせるべく三方弁７が制御される。

ここで、所定時間とは、蓄熱容器５内に蓄熱されている高温の冷却水が蓄熱容器５から流出されるまでの時間であって、予め実験的に求めておくとよい。なお、予熱制御が行われることなく内燃機関１が始動される場合と、予熱制御が行われている途中で該予熱制御が中止して内燃機関１が始動される場合とで、所定時間をそれぞれ別に設定してもよい。

上述したように、本実施の形態によれば、予熱制御が行われなかった場合や、予熱制御が途中で終了してしまった場合においても、内燃機関が始動した場合に、蓄熱容器５内に
貯蔵されていた高温の冷却水を内燃機関１に供給することができるので、蓄熱容器５内の高温の冷却水を有効に利用することが可能となる。

本実施の形態に係る蓄熱装置を備えた内燃機関の冷却水循環系を示す図。 本実施の形態に係る蓄熱装置を備えた内燃機関の予熱制御（プレヒート）時の冷却水循環系を示す図。 本実施の形態に係る蓄熱装置を備えた内燃機関が運転状態にある時の冷却水循環系を示す図。 本実施の形態に係る蓄熱装置を備えた内燃機関の運転中に高温の冷却水を蓄熱装置に回収するときの冷却水循環系を示す図。 本実施の形態に係る蓄熱装置を備えた内燃機関において、予熱制御が完了することなく内燃機関が始動される場合の冷却水循環系を示す図。 本実施の形態において、予熱制御が完了することなく内燃機関が始動される場合の制御を示すフローチャート図。

符号の説明

１ 内燃機関
２ エンジン冷却水路
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 電動ウォーターポンプ
９ 機械式ウォーターポンプ
１０ 第１水温センサ
１１ 第２水温センサ
２０ ＥＣＵ
３０ バッテリ

Claims (5)

1. 熱媒体が持つ熱を蓄熱する蓄熱装置と、
   前記蓄熱装置と内燃機関との間で熱媒体を循環させる循環回路と、
   前記蓄熱装置内の熱媒体を前記循環回路を通して内燃機関に供給する熱媒体供給手段と、内燃機関の始動に先立って、運転者等の行為に起因する人為的な事象をトリガーとして、前記熱媒体供給手段により前記蓄熱装置内の熱媒体を内燃機関に供給させる熱媒体供給実行手段と、
   内燃機関の始動時に、前記循環回路を閉鎖して前記蓄熱装置と内燃機関との熱媒体の循環を停止させる循環回路開閉手段と、
   を有する蓄熱装置を備えた内燃機関において、
   内燃機関が始動した場合に、前記トリガーが生じて前記熱媒体供給実行手段により内燃機関への熱媒体の供給が行われたか否か、行われていれば前記熱媒体供給実行手段による内燃機関への熱媒体の供給が途中で終了して内燃機関が始動したか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により、前記トリガーが生じることなく内燃機関が始動して前記熱媒体供給実行手段による内燃機関への熱媒体の供給が行われていない、または、前記熱媒体供給実行手段による内燃機関への熱媒体の供給が途中で終了して内燃機関が始動したと判定された場合に、閉鎖されている前記循環回路を前記循環回路開閉手段により所定時間開放させる制御手段と、
   を備えることを特徴とする蓄熱装置を備えた内燃機関。
2. 前記トリガーは、運転席側ドアの開放動作であり、
   前記トリガーが生じることなく内燃機関が始動して熱媒体供給実行手段による内燃機関への熱媒体の供給が行われていない場合とは、運転者が前記運転席側ドア以外のドアから乗車して内燃機関を始動させた場合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。
3. 前記熱媒体供給実行手段による内燃機関への熱媒体の供給が途中で終了して内燃機関が始動した場合とは、前記熱媒体供給実行手段による内燃機関への熱媒体の供給中に、バッテリの電圧が所定電圧より低くなった場合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。
4. 前記内燃機関はハイブリッドエンジンであり、
   前記熱媒体供給実行手段による内燃機関への熱媒体の供給が途中で終了して内燃機関が始動した場合とは、前記熱媒体供給実行手段による内燃機関への熱媒体の供給中に、アクセルペダルが所定以上に踏み込まれた場合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。
5. 前記熱媒体供給手段は、前記循環回路内の熱媒体を圧送する手段であり、
   内燃機関の動作に連動し、内燃機関内部に設けられ前記循環回路に連通する熱媒体の流路内の熱媒体を圧送する圧送手段をさらに備え、
   前記循環回路において、前記熱媒体供給手段により圧送される熱媒体が流れる方向は、前記圧送手段により圧送される熱媒体が流れる方向と逆方向となることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄熱装置を備えた内燃機関。

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