JP5452265B2 - エンジンの廃熱制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、熱利用要求に基づいてエンジンの廃熱量を制御するエンジンの廃熱制御装置に関するものである。

車載エンジンにおいて、燃料の燃焼に伴い発生する燃焼エネルギには、車両走行に用いられる運動エネルギ以外に熱エネルギが多く含まれており、その熱エネルギを利用して車室内の暖房や触媒暖機等が行われている。例えば、エンジン冷却水に含まれるエンジン廃熱を回収し、その回収した廃熱を利用して暖房を行う構成が知られている。

また、エンジン運転中において、点火時期や吸排気バルブのバルブ開閉タイミングを制御することでエンジン廃熱量を増加させ、これによりエンジンや触媒の暖機を促進する技術が各種提案されている（例えば特許文献１や特許文献２参照）。

特開平５−２１５０００号公報 特開平５−５９９３６号公報

しかしながら、エンジン廃熱量を増加させるべく点火時期やバルブタイミングを変更する場合には、その変更に伴いエンジンの燃費が悪化すると考えられる。ところが、上記特許文献１や特許文献２では、点火時期等の変更に伴う燃費悪化が考慮されていない。そのため、エンジン廃熱の増加に際し、燃費性能の低下が大きくなることが懸念される。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃費悪化を最小限に抑え、しかも熱利用要求に即した廃熱制御を実施することができるエンジンの廃熱制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、エンジンの廃熱を再利用する廃熱再利用システムに適用され、熱利用要求による要求熱量に基づいて前記エンジンの廃熱量を制御するエンジンの廃熱制御装置に関するものである。そして、第１の構成は、前記廃熱量を増加させる廃熱量調整手段と、前記要求熱量が増加した場合に、現在のエンジン動作点で前記廃熱量調整手段による廃熱増加を実施するよりも同廃熱増加を効率良く実施可能なエンジン動作点があるか否かを判定する効率判定手段と、前記効率判定手段により前記廃熱増加を効率よく実施可能なエンジン動作点があると判定された場合に、その動作点にエンジン動作点を変更する動作点変更手段と、前記動作点変更手段による前記エンジン動作点の変更に伴い前記廃熱量調整手段による廃熱増加を実施する廃熱制御手段と、を備えることを特徴とする。

エンジン運転状態によっては、熱利用要求があったときに今現在のエンジン動作点で廃熱量調整手段による廃熱増加を行おうとすると、廃熱増加によるエンジン運転効率の低下等の不都合が大きくなる場合があると考えられる。その点に鑑み、本発明では、要求熱量が増加した場合に、現在のエンジン動作点で廃熱増加を実施するよりも廃熱増加を効率よく実施可能なエンジン動作点があるときには、その動作点にエンジン動作点を変更して廃熱増加を実施する。したがって、本発明によれば、燃費悪化を極力抑制しつつ、熱利用要求に即した廃熱制御を実施することができる。

本発明においては、第２の構成のように、前記廃熱量調整手段が、廃熱増加を効率よく実施可能な所定の動作点範囲内で前記廃熱増加を実施するものであり、前記効率判定手段が、現在のエンジン動作点が前記所定の動作点範囲内にあるか否かを判定し、前記動作点変更手段が、前記効率判定手段により現在のエンジン動作点が前記所定の動作点範囲内にないと判定された場合に、前記エンジン動作点を前記所定の動作点範囲内へ変更する構成にするとよい。

すなわち、廃熱量調整手段が、エンジン運転効率の良好な所定の動作点範囲内で廃熱増加を実施する構成の場合、熱利用要求があったときのエンジン運転状態によっては、廃熱量調整手段による廃熱増加を実施できないことがある。その点、本構成によれば、廃熱量調整手段による廃熱増加を実施するときに同手段による廃熱制御を実施可能な領域に属しない場合には、エンジン動作点を変更することにより、同手段による廃熱制御を実施可能にする。これにより、熱利用要求があったときのエンジン動作点にかかわらず、エンジン運転効率の低下を極力抑制した廃熱制御を実施することが可能になる。

ここで、本発明者らは、所望量のエンジン廃熱を発生させるには、エンジンの点火時期を、最適点火時期を基準に遅角側に変更するよりも進角側に変更する方が燃費良好な廃熱制御を実現できるという知見を得た。ところが、熱利用要求があった場合、エンジン運転状態によっては、点火時期を最適点火時期に対して進角側に変更することができず、かかる場合、廃熱増加を効率よく実施できないことが考えられる。特に、点火進角に際してはノック限界の存在により進角側への変更の制約が厳しく、そのため、点火進角による廃熱増加の実施が制限されやすい。

その点に鑑み、第３の構成では、前記廃熱量調整手段が、前記エンジンの点火時期を最高燃費となる最高効率時期よりも進角側に変更することにより廃熱増加を実施するものであり、前記動作点変更手段が、前記最高効率時期に対して点火進角させる過進角制御を実施可能なエンジン動作点へ変更する。こうすることで、最適点火時期に対する点火進角によって、エンジン廃熱量を増加させることが可能になる。

また、熱利用要求があった場合、バルブオーバーラップ量を調整することによってエンジン廃熱量を増加させることがある。しかしながら、バルブオーバーラップ量を調整可能なエンジン運転状態には制限があり、具体的には、例えば低負荷時でバルブオーバーラップ量を増大させると、内部ＥＧＲ量の増加により燃焼が不安定になる場合があるため、低負荷時ではオーバーラップ量の変更が制限されることがある。また、高負荷時でバルブオーバーラップ量を増大させると、内部ＥＧＲ量の増加により出力が不足することが考えられるため、高負荷時では出力確保の観点からオーバーラップ量の変更が制限されることがある。したがって、第４の構成のように、前記廃熱量調整手段が、前記エンジンの吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とのオーバーラップ量を変更することにより廃熱増加を実施するものであり、前記動作点変更手段が、前記オーバーラップ量を調整するオーバーラップ量制御を実施可能なエンジン動作点へ変更するものとしてもよい。

ここで、オーバーラップ量を変更するには、吸気弁の開弁期間を変更することにより行ってもよいし、排気弁の開弁期間を変更することにより行ってもよい。あるいは、吸気弁の開弁期間及び排気弁の開弁期間の両方を変更することにより行ってもよい。

エンジン動作点を変更させるための手段として、具体的には、第５の構成のように、前記エンジンの出力軸と車軸との変速比を変更する変速装置を備える車両に適用され、前記動作点変更手段が、前記変速比を変更することによりエンジン動作点を変更する構成とするとよい。こうすることで、エンジン出力を変更させることなく比較的容易にエンジン動作点を変更することができる。

廃熱制御システムの概要を示す構成図。 内部ＥＧＲとエンジン動作点との関係を示す図。 エンジンの点火時期特性を示す図。 点火進角とエンジン動作点との関係を示す図。 本システムの廃熱制御を説明するための図。 廃熱制御の処理手順を示すフローチャート。 廃熱制御の具体的態様を示すタイムチャート。

以下、火花点火式の多気筒ガソリンエンジンを搭載した車両に本発明を具体化した実施形態について図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態の廃熱制御システム（廃熱再利用システム）の概要を示す構成図である。

図１において、エンジン１０には、吸気管１１と排気管１２とが接続されており、吸気管１１には気筒内への吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ１３が設けられている。スロットルバルブ１３は、モータ等からなるスロットルアクチュエータ１４により電気的に開閉駆動される空気量調整手段である。スロットルアクチュエータ１４にはスロットルバルブ１３の開度（スロットル開度）を検出するためのスロットルセンサが内蔵されている。

エンジン１０は、同エンジン１０の各気筒に燃料を噴射供給する燃料噴射手段としてのインジェクタ１５と、気筒ごとに設けられた点火プラグ１６に点火火花を発生させる点火手段としてのイグナイタ（点火装置）１７と、吸排気の各バルブの開閉タイミングを調整するバルブタイミング調整手段としての吸気側バルブ駆動機構１８及び排気側バルブ駆動機構１９とを備えている。本実施形態では、吸気ポート噴射式エンジンを採用しており、インジェクタ１５が吸気ポート近傍に設けられる構成としているが、これに代えて、直噴式エンジンを採用し、インジェクタ１５が各気筒のシリンダヘッド等に設けられる構成としてもよい。

吸気側及び排気側の各バルブ駆動機構１８，１９は、エンジン１０のクランク軸に対する吸気側及び排気側の各カム軸の進角量を調整するものである。吸気側バルブ駆動機構１８によれば、吸気バルブの開閉タイミングが進角側又は遅角側に変更され、排気側バルブ駆動機構１９によれば、排気バルブの開閉タイミングが進角側又は遅角側に変更される。つまり、バルブ駆動機構１８，１９によれば、吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間とがオーバーラップする際のバルブオーバーラップ量（以下、単にオーバーラップ量ともいう）が変更される。なお、本実施形態では、吸気側バルブ駆動機構１８及び排気側バルブ駆動機構１９を共に備える構成としたが、バルブオーバーラップ量の変更に際し開弁期間を変更する側のバルブ駆動機構を備えていれば、いずれか一方のみを備える構成としてもよい。

排気管１２には、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２１が設けられている。また、酸素濃度センサ２１の下流側には、排気浄化装置としての触媒２２が設けられている。触媒２２は例えば三元触媒であり、排気が通過する際に排気中の有害成分等を浄化する。また、排気管１２において触媒２２よりも下流側には、排気に含まれる熱エネルギ（排気熱）を回収する熱回収装置２３が設けられている。熱回収装置２３は、排気が有する熱をエンジン冷却水に伝えることで回収し、例えば車室内の暖房を実施する場合の熱源として利用されるものとなっている。

また、エンジン１０の出力軸であるクランク軸と、車両の出力軸である車軸との間には、図示しないトルクコンバータを介して無段変速機２７が設けられている。無段変速機２７は、例えばベルト式のオートマチックトランスミッションであり、都度の車両運転状態に応じた変速比により、トランスミッション入力軸の回転がトランスミッション出力軸の回転に変換される。具体的には、無段変速機２７は、溝幅を変更可能な入力側プーリ及び出力側プーリと、入力側プーリと出力側プーリとの間に掛け渡されたベルトとを備えており、両プーリの溝幅が油圧回路等によって制御されることでベルトの巻き掛け半径が連続的に変化され、これにより変速比が連続的に変更される。すなわち、入力側プーリのベルト巻き付け半径が小さく、出力側プーリのベルト巻き付け半径が大きくされることで、変速比がシフトダウン側に変更される。この場合、トランスミッション入力軸の回転速度が上昇する。また逆に、入力側プーリのベルト巻き付け半径が大きく、出力側プーリのベルト巻き付け半径が小さくされることで、変速比がシフトアップ側に変更される。この場合、トランスミッション入力軸の回転速度が降下する。

なお、無段変速機２７は、ベルトとプーリとを備えるベルト式に限らず、例えばローラとディスクとを備えるトロイダル式であってもよい。あるいは、トルクコンバータを介さずに遊星歯車とモータジェネレータとによって構成される電気式無断変速機に直接連結される構成であってもよい。

次に、エンジン１０の冷却系の構成について説明する。

エンジン１０のシリンダブロックやシリンダヘッドの内部にはウォータジャケット３１が形成されており、このウォータジャケット３１に冷却水が循環供給されることでエンジン１０の冷却が行われるようになっている。ウォータジャケット３１内の冷却水の温度（冷却水温）は水温センサ３２により検出される。ウォータジャケット３１には冷却水配管等からなる循環経路３３が接続されており、その循環経路３３には、冷却水を循環させるためのウォータポンプ３４が設けられている。ウォータポンプ３４は例えばエンジン１０の回転に伴い駆動される機械式ポンプであるが、電動式ポンプであってもよい。また、ウォータポンプ３４により冷却水量が調整できる構成であってもよい。

循環経路３３は、エンジン１０（ウォータジャケット３１）の出口側において熱回収装置２３に向けて延び、熱回収装置２３を経由して再びエンジン１０に戻るようにして設けられている。循環経路３３において、熱回収装置２３の下流側にはヒータコア３５が設けられている。ヒータコア３５には、図示しないブロアファンから空調風が送り込まれるようになっており、空調風がヒータコア３５又はその付近を通過することで、ヒータコア３５からの受熱により空調風が加熱され、温風が車室内に供給される。

循環経路３３は、ヒータコア３５の下流側で二方に分岐され、その一方の循環経路３３Ａに大気放熱部としてのラジエータ３６が設けられている。また、循環経路３３の分岐部には、冷却水温度に応じて作動することで冷却水の流路を変更するサーモスタット３７が設けられている。冷却水が低温（サーモスタット作動温度未満）である場合には、ラジエータ３６側への冷却水の流入がサーモスタット３７により阻止され、冷却水はラジエータ３６で放熱されることなく循環経路３３内を循環する。例えば、エンジン１０の暖機完了前（暖機運転時）にはラジエータ３６での冷却水の冷却（放熱）が抑制される。また、冷却水が高温（サーモスタット作動温度以上）になると、ラジエータ３６側への冷却水の流入がサーモスタット３７により許容され、冷却水はラジエータ３６で放熱されつつ循環経路３３内を循環する。これにより、エンジン運転状態下において冷却水が適温（例えば８０℃程度）で維持される。

本制御システムは、エンジン制御の中枢をなすＥＣＵ（電子制御装置）４０を備えており、そのＥＣＵ４０によりエンジン１０の運転に関する各種制御が実施される。すなわち、ＥＣＵ４０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。本システムでは、エンジン運転状態を検出するための運転状態検出手段として、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ４１、吸入空気量や吸気管負圧といったエンジン負荷を検出する負荷センサ４２等を備えており、これら各センサ４１，４２や上述した酸素濃度センサ２１、水温センサ３２等の各検出信号がＥＣＵ４０に適宜入力される。

ＥＣＵ４０は、上述した各種センサから各々検出信号を入力し、それらの各種検出信号に基づいてインジェクタ１５による燃料噴射制御、イグナイタ１７による点火時期制御、バルブ駆動機構１８，１９によるバルブタイミング制御、スロットルバルブ１３（スロットルアクチュエータ１４）による空気量制御、無段変速機２７の変速比制御等を実施する。上記の各種制御は、基本的には、都度のエンジン運転状態においてエンジン１０の最高効率（最高燃費）が得られるようにして適合データ等に基づいて実施される。

点火時期制御について具体的には、都度のエンジン回転速度やエンジン負荷等といったエンジン運転状態に関するパラメータに基づいて、トルクが最大となる点火時期（ＭＢＴ：Minimum Advance for Best Torque）に最も近い点火時期を、ノック限界を超えない範囲において都度設定する。すなわち、ＥＣＵ４０は、基本的には都度のエンジン運転状態において最高燃費となる最高効率時期（最適点火時期）を都度の点火時期として設定しており、その最適点火時期としてＭＢＴ又は進角限界（トレースノック点火時期）のうち遅角側を設定している。

また、バルブタイミング制御については、エンジン回転速度やエンジン負荷等をパラメータとしてバルブオーバーラップ量を可変に設定し、これにより、吸気通路への既燃ガスの吹き返し量（内部ＥＧＲ量）を調整している。すなわち、必要に応じてバルブオーバーラップ量を増大させて内部ＥＧＲを実施することにより、燃焼温度を低下させてＮＯｘの排出を低減させるようにしている。

本制御システムでは、エンジン１０において燃料の燃焼により生じる燃料燃焼エネルギのうち、熱損失分となる熱エネルギ（運動エネルギ以外のエネルギ）を再利用することで、システム全体としての燃費改善を図るようにしている。つまり、ＥＣＵ４０は、都度の熱利用要求及びエンジン運転状態に基づいてエンジン１０の廃熱制御を実施する。

廃熱制御について具体的には、ＥＣＵ４０は、エンジン１０の熱エネルギ（熱損失）である廃熱量（発生熱量）を増加又は減少させる廃熱量調整手段を備えており、暖房要求や触媒暖機要求などの熱利用要求に応じて、同手段によりエンジン１０の廃熱量を調整する。また特に、本廃熱制御では、エンジン１０の点火時期とバルブオーバーラップ量とを組み合わせることで、廃熱増加に伴う燃費悪化を極力抑制しつつ要求熱量に見合う量のエンジン廃熱を創出している。より具体的には、本システムでは、
・点火時期をＭＢＴに対して進角側に変更すると廃熱量が増加すること
・バルブオーバーラップ量を増大させると廃熱量が増加すること
の少なくともいずれかを利用して廃熱量の増加を図る構成としている。

ここで、点火時期の変更によって廃熱増加を行う際、点火時期をＭＢＴに対して遅角側に変更した場合にもエンジン廃熱量を増加可能である。ところが、本発明者らの知見によれば、点火時期をＭＢＴに対して遅角側に変更するよりも進角側に変更した方が、廃熱増加に伴う燃費悪化を抑制することが可能となる。そこで、本廃熱制御では、点火時期をＭＢＴに対して進角側に変更することにより廃熱増加を行っている。

図２は、点火時期特性を示す図である。図２のうち、（ａ）は点火時期とエンジン廃熱量との関係を示し、（ｂ）は点火時期と燃料消費量との関係を示している。なお、図２では、バルブオーバーラップ量を一定値とした場合について示してあり、また、点火時期の進角限界がＭＢＴよりも進角側に位置するエンジン運転状態の場合を想定している。

図２に示すように、点火時期をＭＢＴで制御する場合に燃料消費量が最小値（極小値）となり、かつエンジン廃熱量が最小値（極小値）となり、点火時期をＭＢＴに対して進角側又は遅角側に変更することにより、その変更量に応じてエンジン廃熱量が増大するとともに燃料消費量が増大する。特に、図２によれば、所定量Ｑ１のエンジン廃熱量を発生させる場合、点火時期をＭＢＴに対して遅角側に変更するよりも進角側に変更した方が燃料消費量が少なく、燃費悪化を極力抑制できることが分かる。

上記のとおり、エンジン廃熱量の増加を燃費悪化を最小限に抑えつつ実施するには、例えば点火時期について言えば、ＭＢＴよりも進角側に変更させる必要がある。ところが、エンジン廃熱を増加させるときのエンジン運転状態によっては、必ずしも点火時期をＭＢＴよりも進角側に変更可能であるとは限らない。

図３に、点火進角とエンジン動作点との関係を表す。図中、実線ＴＫは、ノッキングが発生するしきい値としてのトレースノックラインを示す。

点火時期について、エンジン１０の高負荷域において点火時期の過進角を実施するとノッキングが生じやすくなる等の理由により、最適点火時期がＭＢＴとなるかノック限界（トレースノック点火時期）となるかがエンジン運転状態に応じて相違する。具体的には、低負荷領域では、ＭＢＴがノック限界よりも遅角側に存在するのに対し、高負荷領域では、ＭＢＴがノック限界よりも進角側に存在する。すなわち、図３に例示するように、低負荷領域（点火進角可能領域Ｓ１）では、点火時期をＭＢＴよりも進角側で制御可能であるのに対し、高負荷領域（点火進角不可領域Ｓ２）では、点火時期をＭＢＴよりも進角側で制御できない。そのため、廃熱増加時のエンジン運転状態が点火進角不可領域Ｓ２に属する場合には、点火時期制御によって廃熱増加を行うには点火時期を遅角側に変更せざるを得ず、この場合、熱効率のよい廃熱制御を実施できないことが考えられる。

また、バルブオーバーラップ量の調整による廃熱増加についても同様のことが言え、エンジン運転状態によっては、内部ＥＧＲを実施できない場合がある。

図４は、内部ＥＧＲを実施可能なエンジン動作点領域を示す図である。図４に示すように、内部ＥＧＲは所定のエンジン動作点領域で実施可能となっており、具体的には、中負荷領域Ｒ１で実施可能となっており、その他の負荷領域Ｒ２ではその実施が制限されている。低負荷運転時に内部ＥＧＲ量を増大させると、燃焼が不安定になる場合があり、高負荷運転時に内部ＥＧＲ量を増大させると、所望のエンジン出力が得られない場合があるからである。よって、エンジン廃熱量を増加させる場合、そのときのエンジン運転状態が低負荷領域又は高負荷領域（Ｒ２）に属する場合には、バルブオーバーラップ量の調整による廃熱制御を実施できず、廃熱増加に際しエンジン運転効率の低下等の不都合が大きくなることが懸念される。

そこで、本実施形態では、要求熱量が増加した場合、現在のエンジン動作点において廃熱量調整手段による廃熱増加を実施するよりも燃費悪化を抑制しつつ廃熱増加を実施可能なエンジン動作点があるか否かを判定し、同エンジン動作点があると判定された場合に、その動作点へエンジン動作点を変更する。そして、エンジン動作点の変更に伴い廃熱量調整手段による廃熱増加を実施する。

より具体的には、本システムでは、要求熱量を増加させる場合に、現在のエンジン運転状態が、ＭＢＴに対して点火進角可能な領域（図３中のＳ１）に属するか否か、内部ＥＧＲを実施可能な領域（図４中のＲ１）に属するか否かを判定し、同エンジン運転状態が点火進角可能領域Ｓ１又は内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１に属しない場合には、無段変速機２７の変速比を変更することにより、今現在のエンジン動作点を点火進角可能領域Ｓ１、内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１内へ変更する。これにより、ＭＢＴよりも進角側への点火進角や内部ＥＧＲの実施を可能とし、エンジン１０の廃熱増加をエンジン運転効率よく実施できるようにしている。

図５は、本実施形態における廃熱制御の詳細を説明するための図である。図中、一点鎖線はエンジン１０の等出力線を示す。

図５において、熱利用要求に伴い要求熱量を増加させる場合、今現在のエンジン動作点がＡ１点のときには、点火進角可能領域Ｓ１及び内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１に属しているため、本廃熱量調整手段による廃熱増加、すなわちＭＢＴに対する点火進角及び内部ＥＧＲ量の変更により廃熱増加を実施可能である。したがって、この場合には、要求熱量の増加に伴い、ＭＢＴに対して点火進角すること及び内部ＥＧＲ量を変更することの少なくともいずれかによりエンジン廃熱量の増加を図る。

これに対し、要求熱量を増加させるときのエンジン動作点がＡ２のときには、点火進角可能領域Ｓ１及び内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１に属しないため、本廃熱量調整手段による廃熱増加を実施することができない。したがって、この場合、本実施形態では、無段変速機２７の変速比をシフトダウン側に変更する（変速比を大きくする）ことにより、等出力線に沿ってエンジン回転速度を増加させるとともにエンジントルクを減少させる。これにより、エンジン動作点をＡ２点から、点火進角可能領域Ｓ１及び内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１に属するエンジン動作点Ｂに変更する。これにより、ＭＢＴに対する点火進角及び内部ＥＧＲ量の変更の少なくともいずれかによるエンジン廃熱量の増加が実施可能となる。

図６は、本システムの廃熱制御の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ４０により所定周期毎に実行される。

図６において、まずステップＳ１０１では、熱利用要求が生じているか否かを判定する。熱利用要求には、例えば暖房要求や触媒暖機要求などが含まれる。暖房要求は、車室内の暖房が開始される場合や、車室内温度を上昇させる場合に発生するものであり、車両搭載者の操作又は自動空調制御の制御指令に基づき発生する。また、触媒暖機要求は、排気管１２の触媒２２が低温状態にある場合に発生するものであり、エンジン１０の冷間始動時や車両運転途中の一時的な温度低下時に発生する。このステップＳ１０１では、熱利用要求が生じていることを条件にステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０２では、熱利用要求に伴い発生させるべきエンジン廃熱量の要求値として要求熱量を算出する。要求熱量は、冷却水温Ｔｗや冷却水流量、ブロアファン回転速度、外気混入量、外気温、エアコン設定温度、エアコン噴出し温度等のうちの一つ又は複数のパラメータに基づいて算出する。

ステップＳ１０３では、今現在のエンジン運転状態（例えば、燃費最良点にて実施される通常のエンジン制御）で要求熱量を満足できるか否か、すなわち廃熱量調整手段による廃熱制御によりエンジン廃熱量を増加させる必要がないか否かを判定する。そして、今現在のエンジン運転状態で要求熱量を満足できる場合には、廃熱量の増加が不要であるとしてそのまま本処理を終了する。一方、要求熱量を満足できない場合には、以下のステップＳ１０４以降の処理を実行する。

ステップＳ１０４では、今現在のエンジン動作点が、内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１及び点火進角可能領域Ｓ１に属するか否かを判定する。ここでは、現在のアクセル開度及び車速に基づき算出される要求トルク及び要求回転速度に対応するエンジン動作点が領域Ｒ１，Ｓ１に属するか否かを判定する。なお、要求トルク及び要求回転速度に代えて、各種センサの検出値に基づき算出される実トルク及び実回転速度を用いてもよい。

ステップＳ１０４で肯定判定される場合には、ステップＳ１０７及びＳ１０８において、エンジン運転状態（エンジン回転速度、エンジン負荷等）及び要求熱量をパラメータとしてバルブオーバーラップ量（ＶＯＬ量）及び点火進角量をそれぞれ算出する。具体的には、本実施形態では、点火時期とＶＯＬ量とエンジン廃熱量との関係を示すマップ等がエンジン運転状態ごとに予め設定して記憶してあり、同マップ等を用いて、要求熱量を満足できるバルブオーバーラップ量（ＶＯＬ量）及び点火進角量をそれぞれ算出する。なお、算出したＶＯＬ量及び点火進角量に基づくバルブタイミングの変更及び点火時期の変更は、図示しない別ルーチンにより実行される。

また、ステップＳ１０９では、スロットル開度の増量補正値を算出する。この算出処理は、上記のとおり廃熱制御が実施された場合にその廃熱制御により低下したエンジン出力を増補するための処理の一つである。これにより、空気量の増量補正が図示しない別ルーチンにより適宜実行される。そして本処理を終了する。

さて、今現在のエンジン動作点（要求トルク、要求回転速度）が、内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１又は点火進角可能領域Ｓ１に属しない場合には、ステップＳ１０５へ進み、熱利用要求に伴う無段変速機２７の変速比制御を実行中か否かを判定する。このとき、変速中でなければ、ステップＳ１０６へ進み、エンジン動作点を内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１及び点火進角可能領域Ｓ１に属するエンジン動作点に変更すべく変速比を算出する。

具体的には、今現在のエンジン運転パラメータ（アクセル開度、車速）に基づき算出されるエンジン出力の要求値と同等量を出力可能なエンジン動作点（等出力線上のエンジン動作点）であって、かつ内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１及び点火進角可能領域Ｓ１に属するエンジン動作点を目標動作点として設定する。このとき、等出力線上のいずれを目標動作点にするかは、要求熱量の大小によって決定される。例えば、要求熱量が比較的大きい場合には、エンジン回転速度が比較的大きくかつエンジントルクが比較的小さくなるエンジン動作点を目標動作点として設定する。これにより、ＭＢＴに対する点火進角量を大きくすることが可能となる。その後、今現在の要求トルク及び要求回転速度に対応するエンジン動作点を目標動作点に変更するための変速比を算出する。なお、算出した変速比に基づく変速比制御は、図示しない別ルーチンにより無段変速機２７の油圧回路等による油圧制御を通じて実行される。

その後、ステップＳ１０７及びＳ１０８では、エンジン運転状態及び要求熱量をパラメータとしてＶＯＬ量及び点火進角量をそれぞれ算出し、ステップＳ１０９において、エンジン出力の増補処理のためのスロットル開度補正値を算出し、本処理を終了する。

図７は、本廃熱制御の具体的態様を示すタイムチャートである。なお、図中の（ｇ）はエンジン廃熱量を示すものであり、このうち実線は発生熱量の推移を示し、一点鎖線は要求熱量の推移を示す。

図７において、タイミングｔ１１で熱利用要求があり、エンジン廃熱の要求熱量が増加した場合を考える。このとき、タイミングｔ１１でのエンジン運転状態（要求トルク、要求回転速度）が内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１及び点火進角可能領域Ｓ１に属しない場合には、タイミングｔ１１で、変速比がシフトダウン側（変速比増加側）に変更される。これにより、エンジン回転速度ＮＥが上昇するとともにエンジントルクが低下して、エンジン動作点が領域Ｒ１，Ｓ１内のエンジン動作点（目標動作点）に変更される。また、エンジン回転速度ＮＥの上昇及びエンジントルクの低下に合わせて、ＭＢＴに対する点火進角量を増大させるとともに内部ＥＧＲ量を変更する。なお、図７では、内部ＥＧＲ量を増大させる場合を例示してある。この点火進角及び内部ＥＧＲ量の変更によりエンジン廃熱量が増大され、タイミングｔ１２で要求熱量に見合うエンジン廃熱が発生される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

エンジン廃熱の要求熱量が増加した場合、現在のエンジン動作点で廃熱増加手段により廃熱増加を行うよりも、その廃熱増加をエンジン効率良く実施可能なエンジン動作点があるか否か、具体的には、現在のエンジン動作点が点火進角可能領域Ｓ１又は内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１に属しているか否かを判定し、点火進角可能領域Ｓ１及び内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１のすくなくともいずれかに属していないと判定される場合には、点火進角可能領域Ｓ１及び内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１内のエンジン動作点に変更して廃熱増加を実施する構成としたため、燃費悪化を極力抑制しつつ、熱利用要求に即した廃熱制御を実施することができる。また特に、廃熱量調整手段による廃熱制御を実施可能な領域（点火進角可能領域Ｓ１及び内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１）に属しない場合に、エンジン動作点を変更することにより、同手段による廃熱制御が実施可能になる。これにより、熱利用要求があったときのエンジン動作点にかかわらず、エンジン運転効率の低下を極力抑制した廃熱制御を実施することができる。

また、エンジン１０の点火時期制御により廃熱増加を実施する場合、点火時期を最高効率時期よりも進角側に変更する構成としたため、エンジン廃熱量を増加させる場合に燃費悪化を極力抑制することができる。

変速比を変更することによりエンジン動作点を変更する構成としたため、エンジン出力を変更させることなく比較的容易にエンジン動作点を変更することができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・上記実施形態では、要求熱量を増加させる場合に、現在のエンジン動作点が内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１又は点火進角可能領域Ｓ１に属しないときに、内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１及び点火進角可能領域Ｓ１内にエンジン動作点を変更したが、現在のエンジン動作点が内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１に属しているが点火進角可能領域Ｓ１に属しないとき、又は点火進角可能領域Ｓ１に属しているが内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１に属しないときに、内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１及び点火進角可能領域Ｓ１内のエンジン動作点に変更する構成としてもよい。

・要求熱量を増加させる場合、現在のエンジン動作点が内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１又は点火進角可能領域Ｓ１に属しないときにエンジン動作点を変更する構成に代えて、現在のエンジン動作点が内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１及び点火進角可能領域Ｓ１のいずれにも属しないときにエンジン動作点を変更する構成としてもよい。この場合、内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１及び点火進角可能領域Ｓ１に属するエンジン動作点に変更する構成としてもよいし、あるいは、内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１及び点火進角可能領域Ｓ１のいずれかに属するエンジン動作点に変更する構成としてもよい。

・要求熱量を増加するときのエンジン運転状態が点火進角可能領域Ｓ１又は内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１に属しない場合に、それらの領域Ｓ１，Ｒ１に属するエンジン動作点に変更することについて説明したが、要求熱量を増加するときのエンジン動作点が点火進角可能領域Ｓ１及び内部ＥＧＲ導入可能領域Ｒ１に属している場合に、それらの領域Ｓ１及びＲ１であって、廃熱増加をより効率よく実施可能なエンジン動作点へ変更する構成とする。この場合であっても、燃費悪化を抑制しつつ熱利用要求に即した廃熱制御を実施するといった効果を得ることができる。

・変速装置の変速比を変更することによりエンジン動作点を変更する構成に代えて、例えばトルクコンバータを可変容量式とし、同トルクコンバータにおける動力の伝達効率を変更することによりエンジン動作点を変更する構成とする。

・上記実施形態では、廃熱量調整手段を、エンジン１０の点火進角、オーバーラップ量の調整により廃熱量を増加させる構成としたが、廃熱量調整手段としてその他の構成を採用することも可能である。例えば、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガス量（外部ＥＧＲ量）を増減させることで廃熱量を増加させたり、エンジン吸気流を制御することで廃熱量を増加させたりすることも可能である。なお、吸気流制御に関して具体的には、吸気管１１に設けられるＴＣＶ（タンブル制御弁）又はＳＣＶ（スワール制御弁）の開度を制御し、それによりエンジン１０の廃熱量を調整するとよい。これらについても、各制御を実施可能なエンジン運転状態が制限される場合、エンジン動作点の変更によりその制御による廃熱増加が実施可能となる。

・変速装置として無段変速機２７を用い、変速比を連続的に変更することによりエンジン動作点を変更する構成について説明したが、変速装置の構成は無段変速機に限定されず、例えば遊星歯車式の自動変速機を備える多段式のものを適用してもよい。

１０…エンジン、１３…スロットルバルブ、１５…インジェクタ、１７…イグナイタ、１８，１９…バルブ駆動機構、２２…触媒、２３…熱回収装置、２７…無段変速機、３３…循環経路、３５…ヒータコア、４０…ＥＣＵ（廃熱量調整手段、効率判定手段、動作点変更手段、廃熱制御手段）。

Claims (4)

1. エンジンの廃熱を再利用する廃熱再利用システムに適用され、熱利用要求による要求熱量に基づいて前記エンジンの廃熱量を制御するエンジンの廃熱制御装置において、
   前記廃熱量を増加させる廃熱量調整手段として、前記エンジンの点火時期を最高燃費となる最高効率時期よりも進角側に変更することにより廃熱増加を実施する手段を有し、
   前記要求熱量が増加した場合に、現在のエンジン動作点が、前記最高効率時期に対して点火進角させる過進角制御を実施可能な所定の動作点範囲内にあるか否かを判定する効率判定手段と、
   前記効率判定手段により現在のエンジン動作点が前記所定の動作点範囲内にないと判定された場合に、前記エンジン動作点を前記所定の動作点範囲内へ変更する動作点変更手段と、
   前記動作点変更手段による前記エンジン動作点の変更に伴い前記廃熱量調整手段による廃熱増加を実施する廃熱制御手段と、
   を備えることを特徴とするエンジンの廃熱制御装置。
2. エンジンの廃熱を再利用する廃熱再利用システムに適用され、熱利用要求による要求熱量に基づいて前記エンジンの廃熱量を制御するエンジンの廃熱制御装置において、
   前記廃熱量を増加させる廃熱量調整手段として、前記エンジンの吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とのオーバーラップ量を変更することにより廃熱増加を実施する手段を有し、
   前記要求熱量が増加した場合に、現在のエンジン動作点が、前記オーバーラップ量を調整するオーバーラップ量制御を実施可能な所定の動作点範囲内にあるか否かを判定する効率判定手段と、
   前記効率判定手段により現在のエンジン動作点が前記所定の動作点範囲内にないと判定された場合に、前記エンジン動作点を前記所定の動作点範囲内へ変更する動作点変更手段と、
   前記動作点変更手段による前記エンジン動作点の変更に伴い前記廃熱量調整手段による廃熱増加を実施する廃熱制御手段と、
   を備えることを特徴とするエンジンの廃熱制御装置。
3. 前記廃熱量調整手段として、前記エンジンの吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とのオーバーラップ量を変更することにより廃熱増加を実施する手段を更に有し、
   前記効率判定手段は、前記最高効率時期に対して点火進角させる過進角制御を実施可能であって、かつ前記オーバーラップ量を調整するオーバーラップ量制御を実施可能な動作点範囲を前記所定の動作点範囲として前記判定を実施する請求項１に記載のエンジンの廃熱制御装置。
4. 前記エンジンの出力軸と車軸との変速比を変更する変速装置を備える車両に適用され、
   前記動作点変更手段は、前記変速比を変更することによりエンジン動作点を変更する請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンジンの廃熱制御装置。

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