JP5420948B2 - 車両用暖機システム - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載された内燃機関や自動変速機など暖機対象の早期暖機を行うことができる車両用暖機システムに関する。

従来、例えば特許文献１に示すように、蓄熱媒体により内燃機関（以下、「エンジン」という）や自動変速機の暖機を行う蓄熱装置を備えた車両用暖機システムがある。特許文献１に記載の蓄熱装置（蓄熱タンク）は、エンジンの冷却水を蓄熱媒体として用い、該冷却水を断熱性の高い容器に収容したものである。このような車両用暖機システムによれば、車両の走行時にエンジンなどの排熱を蓄熱媒体に蓄熱しておき、次回の車両始動時に、この蓄熱を利用してエンジンや変速機など暖機対象の早期暖機、あるいは車内の即効暖房を行うことが可能となる。

上記のような車両用暖機システムが備える蓄熱装置には、暖機対象に流通する熱伝達媒体との熱交換による蓄熱・放熱を行う蓄熱媒体として、過冷却状態で蓄熱が可能な潜熱蓄熱材（過冷却蓄熱材）を備えたものがある。過冷却蓄熱材は、熱伝達媒体からの熱供給により、熱を蓄熱して固相から液相へ相変化（融解）し、その後の温度低下により、液相の状態を保ったまま過冷却状態となる。一方、発核装置（過冷却解除手段）による発核（過冷却解除）で蓄熱を放出して液相から固相へ相変化（固化）するようになっている。過冷却蓄熱材を備えた蓄熱装置では、車両の運転中にエンジンや変速機の排熱で蓄熱材への蓄熱を行っておく。そして、次回の車両始動時に発核装置を作動させることで、蓄熱材の発熱で熱伝達媒体を加熱し、暖機対象の早期暖機を行うようになっている。

ところが、過冷却蓄熱材を備えた蓄熱装置では、車両始動時あるいはその直後に行う発核で蓄熱材の蓄熱を放出してしまうため、車両の一回の走行が短時間である場合、蓄熱材の蓄熱を完了できないおそれがある。そうすると、次回の車両始動時に蓄熱による早期暖機が行えないという不都合が生じる。この点に対処するには、毎回の車両始動時に必ず発核装置を作動（蓄熱材を発熱）させるのではなく、蓄熱を完了できると判断した場合にのみ発核装置を作動させるようにするとよい。

この点に関連する従来技術として、特許文献２に記載の暖機装置がある。特許文献２に記載の暖機装置は、蓄熱タンクに蓄えた高温の流体（自動変速機の作動油）を車両用駆動装置の駆動部品に供給することにより、駆動部品を早期暖機する暖機装置であって、車両の予定走行経路に関する情報を取得する手段（カーナビゲーションシステムなど）を備えており、取得した予定走行経路の情報に基づいて流体の温度上昇値を予測するものである。この暖機装置では、流体の温度上昇値の予測によって、高温の流体を適切な量及びタイミングで供給できる。したがって、例えば、走行開始から間もなく渋滞路に入る場合には、渋滞中に変速機などの自己暖機が可能であるため、蓄熱タンクの高温流体を放出しないようにする一方、走行開始後直ちに高速走行の状態となるときは、その前に変速機などの暖機を行っておく必要があるため、蓄熱タンクの高温流体を放出するようにする、といった制御が可能となる。

このように、特許文献２の暖機装置では、カーナビゲーションシステムに登録された走行経路（予定走行経路）に基づいて、流体の温度変化を予測するようにしている。しかしながら、過冷却材からなる蓄熱材を使用した蓄熱装置に本手法を適用しようとする場合、予定走行経路に基づいて予測した蓄熱材の温度変化は、蓄熱材の実際の温度変化とは異なる場合がある。そのため、走行終了時に蓄熱を完了できるか否かの判断を的確に行えないおそれがある。特に、走行経路が同じであっても、実際の車両の走行状態は、気温や路面状況などの外的な要因や運転者の操作などの要因によっても大きく変わるので、走行終了時に蓄熱を完了できるか否かの判断は、実際の蓄熱材の温度変化に関するデータに基づいて判断することが望ましい。
特開平１０−７１８３７号公報 特開２００２−１５６０３１号公報

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、蓄熱要素の過冷却解除を行うのに適した状況であるか否かを的確に判断することで、不適切な過冷却解除動作を抑制でき、暖機対象の早期暖機を必要時に確実に行える車両用暖機システムを提供することにある。

上記課題を解決するための本発明は、車両に設けられた暖機対象（３０）を暖機するための暖機システム（１）であって、暖機対象（３０）に循環する熱伝達媒体（Ｗ）との熱交換によって、過冷却状態での蓄熱及び該過冷却状態の解除に伴う放熱が可能な蓄熱材（２０）と、蓄熱材（２０）の過冷却状態を解除する過冷却解除手段（２５）と、車両走行の際に蓄熱材（２０）への蓄熱を完了可能か否かを判断する蓄熱完了判断手段（５０）と、蓄熱完了判断手段（５０）の判断に基づいて、過冷却解除手段（２５）による過冷却解除の実施を制御する制御手段（５０）と、を備え、蓄熱完了判断手段（５０）は、毎回の車両走行において蓄熱材（２０）に所定温度以上の状態が継続した継続時間をデータベースとして蓄積する学習制御を行い、当該学習制御で蓄積したデータベースに基づいて、内燃機関（３０）の始動時刻または過冷却解除手段（２５）による過冷却解除の実施時刻ごとに、蓄熱材（２０）が所定温度（Ｔ１）以上の状態で所定時間（ｔ１）以上継続する確率を算出し、当該確率が所定以上であるか否かで、蓄熱材（２０）への蓄熱を完了可能か否かを判断し、制御手段（５０）は、蓄熱完了判断手段（５０）が蓄熱材（２０）の蓄熱を完了可能と判断した場合は、過冷却解除手段（２５）による過冷却解除の実施を許可し、蓄熱完了判断手段（５０）が蓄熱材（２０）の蓄熱を完了不可能と判断した場合は、過冷却解除手段（２５）による過冷却解除の実施を許可しないことを特徴とする。なお、ここでの所定温度（Ｔ１）は、蓄熱材（２０）の融点であり、所定時間（ｔ１）は、蓄熱材（２０）の蓄熱完了に必要な時間、すなわち蓄熱材（２０）が完全に融解するために必要な時間であってよい。また、上記の蓄熱完了判断手段による蓄熱材（２０）への蓄熱を完了可能か否かの判断、及び制御手段（５０）による過冷却解除の実施の許可又は不許可は、各回の車両走行における車両始動時に行うとよい。

本発明にかかる車両用暖機システムによれば、蓄熱完了判断手段は、毎回の車両走行において蓄熱材に所定温度以上の状態が継続した継続時間をデータベースとして蓄積する学習制御を行い、当該学習制御で蓄積したデータベースに基づいて、内燃機関の始動時刻または過冷却解除手段による過冷却解除の実施時刻ごとに、蓄熱材が所定温度以上の状態で所定時間以上継続する確率を算出し、当該確率が所定以上であるか否かで蓄熱材への蓄熱を完了可能か否かを判断する。したがって、実際の蓄熱材の温度変化に即した情報に基づいて、蓄熱を完了可能か否かの判断が的確に行えるようになる。これにより、蓄熱材への蓄熱を完了できない確率が高い場合の過冷却解除を抑制できる。したがって、毎回の走行終了後に蓄熱材への蓄熱が完了している状態を実現可能となるので、蓄熱材による暖機対象の早期暖機を必要なときに確実に行えるようになる。つまり、蓄熱材の蓄熱に必要な熱量を期待できない走行（例えば、短距離の走行や短時間の走行）を適切に判断することで、過冷却解除の効率的な制御が可能となる。したがって、車両の燃費向上及び環境負荷の低減を図ることができる。

また、上記の車両用暖機システムでは、蓄熱完了判断手段（５０）は、内燃機関（３０）の始動時刻、または過冷却解除手段（２５）による過冷却解除の実施時刻ごとに、蓄熱材（２０）に所定温度（Ｔ１）以上の状態が所定時間（ｔ１）以上継続する確率を算出する。このように、車両の始動時刻ごとに上記の確率を算出することで、実際の走行における蓄熱材の温度変化を反映した高い精度の蓄熱完了判断が行えるようになる。さらにこの場合、蓄熱完了判断手段（５０）は、内燃機関（３０）の始動時刻、または過冷却解除の実施時刻に加えて、その際の日付、曜日、場所、天気、気温、車両の乗員数、車両の荷物荷重の少なくともいずれかを含めた基準ごとに、蓄熱材（２０）に所定温度（Ｔ１）以上の状態が所定時間（ｔ１）以上継続する確率を算出するとよい。このように、車両の始動時刻だけでなく日付などのパラメータを含めた基準ごとに上記の確率を算出すれば、実際の走行における蓄熱材の温度変化をより忠実に反映したさらに高い精度の蓄熱完了判断が行えるようになる。

また、上記の車両用暖機システムでは、蓄熱完了判断手段（５０）は、車両走行において、蓄熱材（２０）に所定温度（Ｔ１）以上の状態が継続する継続時間（ｔ）のデータを蓄積する学習制御を行うことが望ましい。このような学習制御を行うことにより、車両の実際の走行態様に即した過冷却解除の制御が可能となる。また、この学習制御においては、過冷却解除手段（２５）による過冷却解除に伴う蓄熱材（２０）の放熱が無かった場合も含めて、蓄熱材（２０）に所定温度（Ｔ１）以上の状態が継続する継続時間（ｔ）のデータを蓄積するとよい。また、過冷却解除手段（２５）による過冷却解除に伴う蓄熱材（２０）の放熱が無かった場合は、当該放熱が有ったと仮定した場合の蓄熱材（２０）の温度変化を考慮に入れて、蓄熱材（２０）に所定温度（Ｔ１）以上の状態が継続する継続時間（ｔ）のデータを蓄積するとよい。これらによれば、車両走行において蓄熱を完了できない場合でもデータを蓄積できるので、過冷却解除の制御に必要なデータベースを短期間で充実させることができる。
なお、上記の括弧内の符号は、後述する実施形態の対応する構成要素の符号を本発明の一例として示したものである。

本発明にかかる車両用暖機システムによれば、蓄熱材の過冷却解除を行うのに適した状況であるか否かを的確に判断することで、不適切な過冷却解除動作を抑制でき、暖機対象の早期暖機を必要時に確実に行えるようになる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる蓄熱装置を備えた車両用暖機システムの構成例を示す概略図である。車両用暖機システム１は、蓄熱材２０を有してなる蓄熱装置１０と、エンジン３０の冷却水（ＬＬＣ）を蓄熱装置１０および車内暖房装置４４のヒータコア４５へ循環させる冷却水循環路３１とを備えている。冷却水循環路３１は、エンジン３０に形成された水ジャケット（図示せず）から導出されて、蓄熱装置１０に連通し、蓄熱装置１０の下流側でヒータコア４５を通り、エンジン３０の水ジャケットに再度導入されている。エンジン３０に導入される直前位置には、冷却水ポンプ３２が介装されている。冷却水ポンプ３２は、エンジン３０のクランク軸（図示せず）の回転に連動して駆動するようになっている。また、冷却水循環路３１には、冷却水の温度を検出する水温センサ３８が組み込まれている。水温センサ３８の検出信号は、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）５０に出力されるようになっている。

蓄熱装置１０は、冷却水循環路３１に連通する第一室１５と、蓄熱材２０を配設した第二室１６とを備えている。第一室１５と第二室１６は熱伝導性に優れた仕切壁１３を介して隣接している。したがって、第一室１５内の冷却水Ｗと第二室１６内の蓄熱材２０との間で熱交換を行えるようになっている。また、第二室１６には、蓄熱材２０の過冷却状態を解除するための過冷却解除手段（以下、「発核装置」という。）２５と、蓄熱材２０の温度を検出する蓄熱材温度センサ２４が設置されている。なお、図１に示す符号４０は変速機である。

ヒータコア４５は、詳細な図示は省略するが、車内に臨む空気導入ダクト内に設置されている。空気導入ダクト内には、ヒータコア４５に風を送るための送風ファン４６が組み込まれている。送風ファン４６は、ＥＣＵ５０によって作動を制御されるようになっている。ヒータコア４５の送風下流側には、車内に連通する送風ダクトが設けられている。

また、車内のコントロールパネル（図示せず）には、車内暖房用の暖房スイッチ５１、及びデフロスタ吹出口から温風を吹き出すためのデフロスタスイッチ５５が設けられている。暖房スイッチ５１およびデフロスタスイッチ５５のオン／オフ信号は、ＥＣＵ５０に出力されるようになっている。したがって、送風ファン４６は、暖房スイッチ５１やデフロスタスイッチ５５のオン信号に応じて作動し、空気導入ダクトを介して吸い込んだ車内の空気を、ヒータコア４５を通して送風ダクトから再び車内に吹き込むようになっている。また、暖機システム１は、外気温を検出する外気温センサ５４を備えている。外気温センサ５４の検出信号は、ＥＣＵ５０に出力されるようになっている。また、イグニッションスイッチ（以下、ＩＧスイッチという。）５６の操作信号は、ＥＣＵ５０に送られるようになっている。

冷却水循環路３１には、ヒータコア４５をバイパスするバイパス流路３１ｂが設けられている。バイパス流路３１ｂは、冷却水循環路３１における蓄熱装置１０とヒータコア４５の間から分岐して、ヒータコア４５と冷却水ポンプ３２の間に合流している。バイパス流路３１ｂの分岐点には、流通を切り替える切替バルブ３３が設置されている。切替バルブ３３は、ＥＣＵ５０からの信号で開方向が制御されるようになっている。切替バルブ３３の開方向を制御することで、ヒータコア４５への冷却水Ｗの流通の有無を切り替えることができるようになっている。

また、エンジン３０の冷却水をラジエター４７へ循環させるラジエター用循環路３５が設けられている。ラジエター用循環路３５は、エンジン３０の水ジャケットから出て、冷却水循環路３１における冷却水ポンプ３２の上流側に合流している。ラジエター用循環路３５には、ラジエター４７に連通する主流路３５ａと、該主流路３５ａをバイパスするバイパス流路３５ｂとが設けられている。ラジエター４７の下流側におけるバイパス流路３５ｂの合流点には、電子制御サーモスタット弁（切替弁）３７が介装されている。電子制御サーモスタット弁３７は、ＥＣＵ５０からの信号で開方向が制御されるようになっている。

ＥＣＵ５０は、冷却水温が所定温度（例えば１００℃）未満の場合、電子制御サーモスタット弁３７をオンにすることで、バイパス流路３５ｂを開き主流路３５ａを閉じて、冷却水がラジエター４７へ流れないように制御する。一方、冷却水温が所定温度（例えば１１０℃）以上になった場合、電子制御サーモスタット弁３７をオフにすることで、バイパス流路３５ｂを閉じて主流路３５ａを開き、冷却水をラジエター４７へ導くように制御する。これにより、冷却水循環路３１を流れる冷却水Ｗの水温が常に一定の範囲内に収まるように制御される。

ＥＣＵ５０には、無線により外部機器からの信号を受信可能な受信装置５２が接続されている。これにより、ＥＣＵ５０は、エンジンスタートキー５３に設けたウォームアップスイッチ５３ａのオン／オフ信号を受信できるようになっている。したがって、乗員が車外でエンジンスタートキー５３のウォームアップスイッチ５３ａを操作した場合、ＥＣＵ５０でその信号が受信され、ＥＣＵ５０は暖機システム１にウォームアップ指令を発することができる。

蓄熱材２０は、過冷却状態で蓄熱が可能な潜熱蓄熱材であり、凝固点以下になっても液状のままで固化しない性質を有している。このような蓄熱材２０として、例えば、酢酸ナトリウム水和物からなる蓄熱材が挙げられる。酢酸ナトリウム水和物は、後述する発核装置２５の発核（過冷却状態の解除）によって、平衡状態に戻って固化する際に発熱し、温度の低い他の媒体を加熱することができる。なお、ここでは、過冷却状態で蓄熱が可能な潜熱蓄熱材の代表例として酢酸ナトリウム水和物を挙げたが、他にも、水和塩化合物（化学式としてＭｘ・ｎＨ₂Ｏ（ｎ：整数）で表わされるもの）を挙げることができ、Ｎａ₂ＳＯ₄・１０Ｈ₂Ｏ，ＣａＣｌ₂・６Ｈ₂Ｏを例示することができる。

図２は、発核装置２５を示す概略側面図である。発核装置２５は、蓄熱材２０中に設置された円形平板状の金属バネ部材２６と、金属バネ部材２６に打撃を与えるソレノイド２７とを備えている。ソレノイド２７は、ＥＣＵ５０の指令に応じて動作する。金属バネ部材２６は、同図（ａ）に示す状態において、ソレノイド２７による打撃で中央部２６ａが押圧されると、同図（ｂ）に示すように、該中央部２６ａが反転するようになっている。これにより、蓄熱材２０中に核が生成（発核）され、蓄熱材２０の過冷却状態が解除されて固化が始まる。なお、本発明にかかる過冷却解除手段としては、過冷却材からなる蓄熱材２０中に核を生成可能な手段であれば、何れの手段でもよく、上記以外にも、例えば、蓄熱材２０中で金属摩擦あるいは電圧印加などを施す手段であってもよい。

次に、上記構成の車両用暖機システム１による暖機動作について説明する。車両用暖機システム１では、車両の始動時（エンジン３０の始動時）に、冷却水ポンプ３２の駆動によって冷却水循環路３１の冷却水Ｗが流通を開始し、冷却水Ｗがエンジン３０と蓄熱装置１０との間を循環する。その一方で、車両の始動時に発核装置２５による発核を実施することで、蓄熱材２０の過冷却状態を解除して、蓄熱材２０を発熱させることができる。なお、発核装置２５による発核は、ウォームアップ信号に基づいてエンジン３０の始動前に実施することも可能である。これにより、蓄熱装置１０内の冷却水Ｗが蓄熱材２０との熱交換で加熱されて昇温する。昇温した冷却水Ｗがエンジン３０に流通することで、エンジン３０の早期暖機が行われる。その後、時間の経過により、発核に伴う蓄熱材２０の放熱が終了する一方、冷却水Ｗの温度は、エンジン３０自己暖機により次第に上昇してゆく。そして、冷却水Ｗの温度が蓄熱材２０の融点（酢酸ナトリウム水和物の場合、約６０℃）以上になると、冷却水Ｗによって蓄熱材２０への蓄熱が行われる。このとき、蓄熱材２０は、車両始動時の発核によって固相化しているが、高温の冷却水Ｗからの熱が蓄えられることで次第に融解してゆく。

ところが、過冷却材からなる蓄熱材２０は、蓄熱の際、固体（結晶）が残存している状態で熱供給が停止されると、その後の温度低下で全体に固化が伝播し、過冷却状態を維持できずに蓄熱を放出してしまうという問題がある。このように蓄熱を放出した状態では、発核装置２５による発核を行っても蓄熱材２０からの放熱が行われない。したがって、次回の車両始動時に蓄熱材２０からの放熱を行えるようにするためには、冷却水Ｗから蓄熱材２０に十分な熱を与えることで、蓄熱材２０を完全に融解させておく必要がある。

しかしながら、一回の車両の走行時間や走行距離が極端に短い場合などは、冷却水Ｗの温度が上がらないので蓄熱材２０に与えられる熱が不足し、蓄熱材２０を完全に融解させることができない。そこで、本実施形態の車両用暖機システム１が備える蓄熱装置１０では、車両の走行にあたって、蓄熱材２０への蓄熱を完了可能か否かの判断を行い、当該判断に基づいて、車両始動時の発核装置２５による発核動作を制御する。以下、この発核制御の手順について詳細に説明する。

図３は、車両用暖機システム１による暖機動作の手順を説明するためのフローチャートである。暖機動作においては、まず、ＥＣＵ５０は、エンジン３０が始動しているか否かを判断する（ステップＳＴ１）。その結果、エンジン３０が始動していなければ（ＮＯ）、ＥＣＵ５０は、ウォームアップ信号の入力があるか否かを判断する（ステップＳＴ２）。ウォームアップ信号は、車内のコントロールパネルに設けたウォームアップスイッチ（図示せず）あるいはエンジンスタートキー５３が備えるウォームアップスイッチ５３ａの操作に基づいて発せられる。

ステップＳＴ１でエンジン３０が始動している場合（ＹＥＳ）、またはステップＳＴ２でウォームアップ信号の入力がある場合（ＹＥＳ）は、蓄熱完了判定を実施する（ステップＳＴ３）。蓄熱完了判定では、蓄熱材２０が融点以上の状態で蓄熱完了に必要な時間以上継続する確率（以下、この確率を「蓄熱完了率」という。）を算出する。そして、この蓄熱完了率が所定以上である場合は、蓄熱材２０の蓄熱を完了可能と判定し、蓄熱完了率が所定未満である場合は、蓄熱材２０の蓄熱を完了不可能と判定する。蓄熱完了判定の具体的手順については後述する。

蓄熱完了判定において、蓄熱を完了可能と判定した場合（ステップＳＴ４でＹＥＳ）は、発核実施フラグ＝１（ステップＳＴ５）として、発核装置２５による発核動作の実施を許可する。一方、蓄熱完了判定で蓄熱を完了不可能であると判定した場合（ステップＳＴ４でＮＯ）は、発核実施フラグ＝０（ステップＳＴ６）として、発核装置２５による発核動作の実施を不許可とする。その後、発核制御を実行する（ステップＳＴ７）。発核制御では、ステップＳＴ５で発核動作の実施を許可した場合のみ発核装置２５による発核を行い、ステップＳＴ６で発核動作の実施を不許可とした場合には、発核装置２５による発核を行わない。

ここで、蓄熱完了判定（ステップＳＴ３）の具体的手順について詳細に説明する。ＥＣＵ５０は、車両走行において蓄熱材２０が融点以上の状態が継続した継続時間をデータベースとして蓄積する学習制御を行う。すなわち、ＥＣＵ５０は、毎回の車両走行時に、蓄熱材温度センサ２４で計測した蓄熱材温度Ｔ、あるいは他の温度（例えば、水温センサ３８で計測した冷却水Ｗの温度及び外気温センサ５４で計測した外気温など）から推定される蓄熱材温度Ｔが所定温度以上を継続する継続時間をデータとして収集する。この継続時間は、車両の始動時刻（エンジン３０の始動時刻あるいは発核装置２５の発核実施時刻を示す、以下同じ。）ごとに整理される。さらに、後述するように、車両の始動時刻に加えて、その日付、曜日、場所、天気、気温、車両の乗員数、荷物荷重の少なくともいずれかのデータを合わせて収集し、これらのデータを含めた基準ごとに上記継続時間のデータを整理してもよい。そして、この蓄積したデータに基づいて蓄熱完了率を算出する。算出した蓄熱完了率を蓄熱完了判定に使用する。

なお、上記の場所、天気、気温のデータは、車両に搭載したカーナビゲーションシステム（図示せず）から得られる情報として収集可能である。また、車両の乗員数のデータは、車両のシートに乗員検知センサあるいは圧力センサなど乗員数を把握するための装置を設けている場合、当該乗員検知センサなどの検出結果から得られる。また、荷物荷重のデータは、例えば、車体の角度を検出する角度センサの検出結果に基づいて算出することが可能である。

図４乃至図１０（図９を除く）は、車両走行時の蓄熱材２０の温度変化パターンの具体例を示すグラフである。これらのグラフでは、横軸に車両始動後の経過時間ｔを取り、縦軸に蓄熱材温度Ｔを取っている。なお、ここでは、縦軸を蓄熱材温度Ｔとしたが、この蓄熱材温度Ｔは、冷却水温や外気温から推定した蓄熱材２０の推定温度であってもよい。また、蓄熱材２０の温度変化が冷却水Ｗの温度変化に近似する場合は、蓄熱材温度Ｔを冷却水温で代用することも可能である。また、上記の各グラフには、車両始動後の経過時間に対応するエンジン３０の運転状態（運転／停止）も併記している。なお、上記の各グラフにおいて、二点鎖線で示すデータは、発核による放熱に伴う蓄熱材温度Ｔの変化を示しており、実線で示すデータは、その後の冷却水Ｗの温度上昇に伴う蓄熱材温度Ｔの変化を示しており、点線で示すデータは、後述する仮定に基づく推定の温度変化を示している。以下、各走行パターンについて順に説明する。

〔パターン１〕
図４に示す温度変化パターン（パターン１）は、車両の始動時に発核による蓄熱材２０の放熱が有った場合で、かつ、蓄熱材温度Ｔが蓄熱に必要な温度である融点Ｔ１に達しなかった場合である。このパターン１では、蓄熱材２０に融点Ｔ１以上の状態が継続する継続時間ｔ＝０である。したがって、車両の始動時刻とそれに対応する継続時間ｔ＝０のデータを蓄積する。なお、このパターン１の温度変化を伴う走行では、蓄熱材２０の蓄熱を完了できないので、車両始動時に発核装置２５の発核を禁止すべきパターンである。

〔パターン２〕
図５に示す温度変化パターン（パターン２）は、車両の始動時に発核による蓄熱材２０の放熱が有った場合で、かつ蓄熱材温度Ｔが融点Ｔ１に達したが、その継続時間ｔが蓄熱完了に必要な時間ｔ１よりも短かった場合（ｔ＜ｔ１）である。パターン２では、車両の始動時刻とそれに対応する継続時間ｔのデータを蓄積する。なお、このパターン２の温度変化を伴う走行は、蓄熱材２０の蓄熱を完了できないので、車両始動時に発核装置２５の発核を禁止すべきパターンである。

〔パターン３〕
図６に示す温度変化パターン（パターン３）は、車両の始動時に発核による蓄熱材２０の放熱が有った場合で、かつ、蓄熱材温度Ｔが融点Ｔ１に達し、その継続時間ｔが蓄熱完了に必要な時間ｔ１以上であった場合（ｔ≧ｔ１）である。なお、図６（ａ）は、エンジン３０の停止前に継続時間ｔがｔ１に達した場合であり、図６（ｂ）は、エンジン３０の停止後に継続時間ｔがｔ１に達した場合である。パターン３では、車両の始動時刻とそれに対応する継続時間ｔのデータを蓄積する。なお、このパターン３の温度変化を伴う走行は、図６（ａ），（ｂ）いずれのケースでも、走行終了後までに蓄熱材２０の蓄熱を完了できるため、車両始動時に発核装置２５の発核を行うのに適したパターンである。

〔パターン４〕
図７に示す温度変化パターン（パターン４）は、車両の始動時に発核による蓄熱材２０の放熱が無かった場合（発核が実施されなかった場合を含む、以下同じ。）で、かつ、蓄熱材温度Ｔが融点Ｔ１に達し、その継続時間ｔが蓄熱完了に必要な時間ｔ１以上であった場合（ｔ≧ｔ１）である。なお、図７（ａ）は、エンジン３０の停止前に継続時間ｔがｔ１に達した場合を示しており、図７（ｂ）は、エンジン３０の停止後に継続時間ｔがｔ１に達した場合を示している。パターン４では、車両の始動時刻とそれに対応する継続時間ｔのデータを蓄積する。なお、このパターン４の温度変化を伴う走行は、図７（ａ），（ｂ）いずれのケースでも、走行終了後までに蓄熱材２０の蓄熱を完了できるため、車両始動時に発核装置２５の発核を行うのに適したパターンである。

〔パターン５〕
図８に示す温度変化パターン（パターン５）は、同図（ａ）に示すように、車両の始動時に発核による蓄熱材２０の放熱が無かった場合で、かつ、蓄熱材温度Ｔが融点Ｔ１に達しなかった場合である。この場合は、同図（ｂ）に示すように、車両の始動時に発核装置２５の発核による蓄熱材２０の放熱が有ったと仮定し、当該仮定に基づいて、蓄熱材２０の温度変化を算出する。その結果、蓄熱材温度Ｔが融点Ｔ１以上となる場合、融点Ｔ１以上を継続する時間（推定継続時間）ｔｓをデータとして蓄積する。

ここでの仮定に基づく蓄熱材温度Ｔの算出手順について説明する。図９は、発核による蓄熱材２０の放熱に伴う蓄熱材温度Ｔの変化の推定値を示すグラフである。同図のグラフに示すように、発核装置２５の発核による蓄熱材温度Ｔの変化の推定値は、発核時の外気温とエンジン３０の運転状態（エンジン停止状態／アイドル状態）とに応じた推定データに基づいて算出する。すなわち、図９のグラフでは、低温側から順に外気温Ａ、外気温Ｂ、外気温Ｃ、外気温Ｄの四種類の外気温におけるエンジン停止状態とアイドル状態での蓄熱材２０の温度変化の推定値を示している。したがって、外気温とエンジン３０の運転状態とに応じて、発核装置２５の発核に伴う到達温度Ｔ０及び到達時間ｔ０の推定値が求められるようになっている。

次に、エンジン３０停止前の蓄熱材温度Ｔの上昇部分に関しては、発核装置２５の発核に伴う到達温度Ｔ０を起点とし、実際に計測したエンジン３０停止時の蓄熱材温度Ｔと蓄熱材２０の放熱に伴う到達温度Ｔ０との差Ｔｕｐと、到達温度Ｔ０に達した時刻からエンジン３０停止までの時間ｔ２とに基づいて、エンジン３０の停止前における蓄熱材温度Ｔの傾きΔＴｕｐ＝Ｔｕｐ／ｔ２を算出する。算出した傾きΔＴｕｐを用いて、蓄熱材温度Ｔが融点Ｔ１に到達する推定時間ｔ４を求める。

エンジン３０停止後の蓄熱材温度Ｔの下降部分に関しては、当該部分の蓄熱材温度Ｔの傾きΔＴｄｏｗｎを算出し、先に算出した上昇温度の最高到達点（エンジン３０停止時の推定温度）Ｔ３を起点とする傾きΔＴｄｏｗｎの温度分布に基づいて、蓄熱材温度Ｔが融点Ｔ１を下回る時間（蓄熱材温度Ｔが低下して融点Ｔ１に達する時間）ｔ５を算出する。なお、この場合、先に算出した上昇温度の最高到達点Ｔ３が理想温度Ｔ２を超えている場合は、理想温度Ｔ２を起点とする傾きΔＴｄｏｗｎの温度分布に基づいて、蓄熱材温度Ｔが融点Ｔ１を下回る時間ｔ５を算出する。なお、ここでの理想温度Ｔ２は、蓄熱材２０と熱交換を行っている冷却水Ｗの理想水温（＝８０℃）である。

そして、蓄熱材温度Ｔが融点Ｔ１に到達する時間ｔ４から融点Ｔ１を下回る時間ｔ５までの経過時間ｔｓ（＝ｔ５−ｔ４）を算出する。この経過時間ｔｓは、蓄熱材２０に融点Ｔ１以上の状態が継続する推定継続時間である。したがって、このパターン４では、車両の始動時刻とそれに対応する推定継続時間ｔｓのデータを蓄積する。なお、このパターン５（推定前の図８（ａ）に示すパターン）の温度変化を伴う走行は、走行終了後までに蓄熱材２０への蓄熱を完了できないため、車両始動時に発核装置２５の発核を禁止すべきパターンである。

〔パターン６〕
図１０に示す温度変化パターン（パターン６）は、同図（ａ）に示すように、車両の始動時に発核による蓄熱材２０の放熱が無かった場合で、かつ、蓄熱材温度Ｔが融点Ｔ１に達するが、その継続時間ｔが蓄熱完了に必要な時間ｔ１よりも短かった場合（ｔ＜ｔ１）である。この場合は、パターン５と同様、同図（ｂ）に示すように、車両の始動時に発核による蓄熱材２０の放熱が有ったと仮定し、当該仮定に基づいて、蓄熱材２０の温度変化を算出する。発核による蓄熱材温度Ｔの変化の推定値は、パターン５の場合と同じく、図９のグラフに基づいて算出される。

そしてここでは、実測した蓄熱材温度Ｔが、発核による蓄熱材２０の放熱に伴う到達温度Ｔ０と等しい温度になるまでの時間ｔ２を求める。この時間ｔ２から、到達温度Ｔ０に達する推定時間ｔ０を差し引いた時間ｔ３＝ｔ２−ｔ０を算出する。この算出した時間ｔ３は、発核による蓄熱材２０の放熱が有った場合に期待できる融点Ｔ１以上（蓄熱に必要な温度範囲）を満たす時間の推定値に等しい。したがって、実測した蓄熱材温度Ｔが融点Ｔ１以上を満たす時間ｔと、算出した推定の蓄熱材温度Ｔが融点Ｔ１以上を満たす推定時間ｔ３との合計時間ｔ+ｔ３が、蓄熱材２０が融点Ｔ１以上の状態が継続する推定継続時間ｔｓ（＝ｔ+ｔ３）となる。パターン６では、車両の始動時刻とそれに対応する推定継続時間ｔｓのデータを蓄積する。

なお、上記のパターン１〜パターン６は、蓄熱材２０の温度変化パターンの例示であり、車両走行時の蓄熱材２０の温度は、パターン１〜パターン６以外のパターンで変化する場合もある。

図１１は、蓄積したデータの管理方法を説明するための図で、同図（ａ）は、車両の始動時刻ごとに分類した継続時間ｔの分布を示すグラフであり、（ｂ）は、車両の始動時刻ごとに分類した継続時間ｔの確率密度を示すグラフであり、（ｃ）は、車両の始動時刻ごとに分類した蓄熱材２０が所定熱量以上となる確率の分布を示すグラフである。パターン１乃至パターン６の各温度変化パターンで蓄積した継続時間ｔ（または推定継続時間ｔｓ）のデータは、図１１（ａ）のグラフに示すように、車両の始動時刻ごとに分類され、各始動時刻に対応する継続時間ｔの頻度の分布として整理される。そして、同図（ａ）に示す継続時間ｔの頻度の分布に基づいて、同図（ｂ）に示すように、車両の始動時刻ごとに、蓄熱材２０に与えられる熱量が所定熱量以上となる確率が算出される。さらに、同図（ｃ）に示すように、車両の始動時刻ごとに、蓄熱を完了（蓄熱材２０を完全に融解）できる確率が整理される。なお、当該確率が所定の確率（発核許容ライン）以上であれば、発核装置２５による発核を許可し、当該確率が所定の確率未満であれば、発核装置２５による発核を不許可とする。

図１１のグラフでは、継続時間ｔのデータは、車両の始動時刻ごとに分類した場合を示したが、継続時間ｔのデータは、車両の始動時刻に加えて、さらに、その日付、曜日、場所、天気、気温、車両の乗員数、車両の荷物荷重の少なくともいずれかのデータを加えた基準ごとに分類してもよい。例えば、車両の始動時刻にそのときの気温を加えた基準ごとに分類することができる。

以上説明したように、本実施形態の車両用暖機システム１では、ＥＣＵ（蓄熱完了判断手段）５０は、蓄積した走行データに基づいて、蓄熱材２０が融点Ｔ１以上である状態が蓄熱完了に必要な時間ｔ１以上継続する蓄熱完了率を算出し、当該蓄熱完了率が所定以上である場合は、蓄熱を完了可能であると判断し、当該蓄熱完了率が所定未満である場合は、蓄熱を完了不可能と判断する。この場合、ＥＣＵ（蓄熱完了判断手段）５０は、車両走行において、蓄熱材２０が融点Ｔ１以上である状態が継続した継続時間ｔをデータベースとして蓄積する学習制御を行い、蓄積したデータベースに基づいて蓄熱完了率を算出するようにしている。

これにより、蓄熱材２０への蓄熱を完了可能か否かの判断が的確に行えるようになる。したがって、蓄熱を完了できない確率が高い場合の発核実施を抑制でき、毎回の走行終了後に蓄熱材２０の蓄熱を完了させておくことが可能となるので、エンジン３０の早期暖機を必要時に確実に行えるようになる。つまり、蓄熱材２０の蓄熱に必要な熱量を期待できない走行（例えば、短距離の走行や短時間の走行）を適切に判断することで、発核の効率的な制御が可能となり、車両の燃費向上及び環境負荷の低減を図ることができる。

また、上記のような学習制御を行うことにより、蓄熱材２０の実際の温度変化に即した適切な発核制御が可能となる。また、この学習制御においては、発核による蓄熱材２０の放熱が無かった場合も含めて、蓄熱材２０が融点Ｔ１以上である状態が継続する継続時間ｔのデータを蓄積するようにしている（図７に示すパターン３参照）。さらに、発核による蓄熱材２０の放熱が無かった場合は、発核による蓄熱材２０の放熱が有ったと仮定した場合の温度変化を考慮に入れて、蓄熱材２０が融点Ｔ１以上である状態が継続する継続時間ｔのデータを蓄積するようにしている（図８に示すパターン５及び図９に示すパターン６参照）。これらにより、蓄熱材２０の蓄熱を完了できないような走行の際にもデータを蓄積できるようになる。したがって、発核制御に必要なデータベースを短期間で充実させることができる。

また、この車両用暖機システム１では、ＥＣＵ（蓄熱完了判断手段）５０は、車両の始動時刻ごとに蓄熱完了率を算出することで、実際の走行における蓄熱材２０の温度変化を反映した高い精度の蓄熱完了判断が行える。さらにこの場合、ＥＣＵ５０は、車両の始動時刻に加えて、その日付、曜日、場所、天気、気温、車両の乗員数、車両の荷物荷重の少なくともいずれかを含めた基準ごとに、蓄熱完了率を算出することができる。このように、車両の始動時刻だけでなく日付などのパラメータを含めた基準ごとに蓄熱完了率を算出することで、実際の走行における蓄熱材２０の温度変化をより忠実に反映したさらに高い精度の蓄熱完了判断が行えるようになる。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状・構造・材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。

例えば、上記実施形態では、本発明の車両用暖機システム１の暖機対象がエンジン３０であり、エンジン３０に循環する冷却水Ｗを熱伝達媒体とした場合について説明したが、本発明にかかる車両用暖機システムの暖機対象は、エンジン３０には限らず、車両に搭載した他の装置や部品などであってもよい。一例として、自動変速機を暖機対象とし、自動変速機に循環する作動油（ＡＴＦ）を熱伝達媒体とすることができる。その場合は、図示は省略するが、蓄熱装置と自動変速機との間に作動油を循環流通させるための作動油循環路を設け、かつ、蓄熱装置内で蓄熱材と作動油との熱交換が行えるようにする。また、他の例として、エンジンを暖機対象とする場合、エンジンに循環する潤滑油（エンジンオイル）を熱伝達媒体とすることもできる。その場合は、蓄熱装置とエンジンとの間に潤滑油を循環流通させるための潤滑油循環路を設け、かつ、蓄熱装置内で蓄熱材と潤滑油との熱交換が行えるようにする。

本発明の一実施形態にかかる車両用暖機システムの構成例を示す概略図である。 発核装置の構成例を示す図である。 車両用暖機システムによる暖機動作の手順を説明するためのフローチャートである。 車両走行時の蓄熱材の温度変化パターン（パターン１）を示すグラフである。 車両走行時の蓄熱材の温度変化パターン（パターン２）を示すグラフである。 車両走行時の蓄熱材の温度変化パターン（パターン３）を示すグラフである。 車両走行時の蓄熱材の温度変化パターン（パターン４）を示すグラフである。 車両走行時の蓄熱材の温度変化パターン（パターン５）を示すグラフである。 発核による蓄熱材の温度変化の推定値を示すグラフである。 車両走行時の蓄熱材の温度変化パターン（パターン６）を示すグラフである。 収集したデータの管理方法を説明するための図である。

１ 車両用暖機システム
１０ 蓄熱装置
１３ 仕切壁
１５ 第一室
１６ 第二室
２０ 蓄熱材
２４ 蓄熱材温度センサ
２５ 発核装置（過冷却解除手段）
３０ エンジン（暖機対象）
３１ 冷却水循環路
３２ 冷却水ポンプ
３８ 水温センサ
５０ ＥＣＵ（蓄熱完了判断手段、制御手段）
５４ 外気温センサ
ｔ 継続時間
Ｔ 蓄熱材温度
Ｔ１ 融点：蓄熱に必要な温度（所定温度）
ｔ１ 蓄熱完了に必要な時間（所定時間）
Ｗ 冷却水（熱伝達媒体）

Claims (6)

1. 車両に設けられた暖機対象を暖機するための車両用暖機システムであって、
   前記暖機対象に循環する熱伝達媒体との熱交換によって、過冷却状態での蓄熱及び該過冷却状態の解除に伴う放熱が可能な蓄熱材と、
   前記蓄熱材の過冷却状態を解除する過冷却解除手段と、
   車両走行の際に前記蓄熱材への蓄熱を完了可能か否かを判断する蓄熱完了判断手段と、
   前記蓄熱完了判断手段の判断に基づいて、前記過冷却解除手段による過冷却解除の実施を制御する制御手段と、を備え、
   前記蓄熱完了判断手段は、毎回の車両走行において前記蓄熱材に所定温度以上の状態が継続した継続時間をデータベースとして蓄積する学習制御を行い、
   前記学習制御で蓄積したデータベースに基づいて、内燃機関の始動時刻または前記過冷却解除手段による過冷却解除の実施時刻ごとに、前記蓄熱材が前記所定温度以上の状態で所定時間以上継続する確率を算出し、当該確率が所定以上であるか否かで、前記蓄熱材への蓄熱を完了可能か否かを判断し、
   前記制御手段は、前記蓄熱完了判断手段が前記蓄熱材の蓄熱を完了可能と判断した場合は、前記過冷却解除手段による過冷却解除の実施を許可し、前記蓄熱完了判断手段が前記蓄熱材の蓄熱を完了不可能と判断した場合は、前記過冷却解除手段による過冷却解除の実施を許可しない
   ことを特徴とする車両用暖機システム。
2. 前記蓄熱完了判断手段による前記蓄熱材への蓄熱を完了可能か否かの判断、及び前記制御手段による過冷却解除の実施の許可又は不許可は、各回の車両走行における車両始動時に行う
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用暖機システム。
3. 前記所定温度は、前記蓄熱材の融点であり、前記所定時間は、前記蓄熱材が完全に融解するために必要な時間である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用暖機システム。
4. 前記蓄熱完了判断手段は、前記内燃機関の始動時刻、または前記過冷却解除の実施時刻に加えて、その際の日付、曜日、場所、天気、気温、車両の乗員数、車両の荷物荷重の少なくともいずれかを含めた基準ごとに、前記蓄熱材に所定温度以上の状態が所定時間以上継続する確率を算出する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両用暖機システム。
5. 前記学習制御においては、前記過冷却解除手段による過冷却解除に伴う蓄熱材の放熱が無かった場合も含めて、前記蓄熱材に前記所定温度以上の状態が継続した継続時間のデータを蓄積する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車両用暖機システム。
6. 前記過冷却解除手段による過冷却解除に伴う蓄熱材の放熱が無かった場合は、当該放熱が有ったと仮定した場合の前記蓄熱材の温度変化を考慮に入れて、前記蓄熱材に前記所定温度以上の状態が継続した継続時間のデータを蓄積する
   ことを特徴とする請求項５に記載の車両用暖機システム。

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