JP5482436B2 - 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するとともにその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排気温度を上昇させ、それにより触媒の早期暖機を図る技術が各種提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平１１−３２４７４６号公報

しかしながら、エンジン廃熱量を増やすべく、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トルクが急変し、結果としてドライバビリティの悪化を招くことが懸念される。

本発明は、熱利用要求に応じた廃熱制御を実施でき、しかも要求熱量の変更に伴う制御切替時のショック等を低減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ものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

本発明におけるエンジンの廃熱制御装置は、エンジンの運転領域ごとに設定されたエンジンの熱効率特性の組み合わせを各々異なるものとする複数の制御モードが定められた廃熱制御手段と、前記熱利用要求に基づいてエンジンの廃熱量を増加又は減少させるべく前記制御モードを切り替える際に、前記熱利用要求の発生タイミング又は解消タイミングに対して前記制御モードの切替を遅延させて実施するモード切替手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、複数の制御モードを切り替えることによりエンジンの熱効率特性が異なるものとなり、都度の熱利用要求に応じたエンジンの廃熱制御を実現することが可能となる。また、複数の制御モードの切替について、熱利用要求の発生タイミング又は解消タイミングに対してモード切替のタイミングが遅延されるため、熱利用要求が発生すると又は同熱利用要求が解消されると直ちにモード切替が実施される構成とは異なり、都度の熱利用要求に応じた制御モードの切替に好都合な状態になるのを待って、そのモード切替を実施することが可能となる。その結果、熱利用要求に応じた廃熱制御を実施でき、しかも要求熱量の変更に伴う制御切替時のショック等を低減することができる。

ちなみに、熱効率は、エンジンの燃焼による熱エネルギのうち、どれだけがエンジン出力（有効な仕事）に変換されたかを表す指標であり、エンジン運転効率とも称される。熱効率特性は、エンジン制御において所定の熱効率を実現するためのエンジン制御特性である。熱効率特性が異なると、同じエンジン運転状態であってもエンジン廃熱量が異なるものとなっている。

第２の構成では、前記複数の制御モードにおける熱効率特性がエンジンの運転領域ごとに定められており、前記制御モードの切替の前後で前記熱効率特性が同じになるエンジンの運転領域で、又は同熱効率特性が異なるエンジンの運転領域への移行タイミングで前記制御モードの切替を実施する。

本構成では、熱利用要求の発生時又は解消時において、制御モードの切替の前後で熱効率特性が同じになるか又は同熱効率特性の変化がほぼ生じないエンジンの運転領域になければ、その後、同運転領域に移行するのを待って制御モードの切替が実施される。この場合、エンジン運転中において適切なタイミングで制御モードの切替が実施されるため、制御切替時のショック等をより好適に低減できる。

補足すると、エンジンの熱効率特性が異なる制御では、例えば、エンジンの基本制御量（点火時期やバルブタイミング等の基本制御量）が異なる制御量とされるか、又はエンジン制御量の補正量が異なるものとされる。そのため、制御モードの切替時に熱効率特性が変更されると、最終のエンジン制御量が変更されることに伴いトルク変動等が生じる。この点、上記構成では、制御モードの切替時において熱効率特性が変化しないか、変化しても僅かなものに限られるため、モード切替に伴うトルク変動等を抑制できる。

第３の構成では、前記エンジンの運転領域においていずれかの運転領域で２以上の制御モードの熱効率特性が同じになっている。そして、前記熱利用要求の発生後又は解消後において、２以上の制御モードの熱効率特性が同じになる運転領域で、熱効率特性が同じ制御モード間にて該制御モードの切替を実施する。

本構成では、制御モードの切替と同時に熱効率特性が変更されることがなく、その切替の前後で熱効率特性が同じになる。したがって、熱効率特性の変更に伴うトルクショックを抑制できる。

第３の構成について補足すると、２以上の制御モードの熱効率特性が同じになる運転領域と、複数の制御モードの熱効率特性が各々異なる運転領域とが設けられている構成において、熱利用要求の発生後又は解消後には、前記２つの運転領域のうち後者の運転領域（複数の制御モードの熱効率特性が各々異なる運転領域）から前者の運転領域（２以上の制御モードの熱効率特性が同じになる運転領域）に移行するのを待って、制御モードの切替が実施されるとよい。

ここで、エンジンの高負荷域では、エンジンの発生熱量が大きく、特に熱効率を変更しなくても（換言すると、エンジン廃熱量を敢えて大きくしなくても）、十分な廃熱量が確保でき、それにより都度の熱利用要求が満たされると考えられる。したがって、エンジンの高負荷域では、複数の制御モードのうち２以上の制御モードの熱効率特性を同じにすることが可能となる。かかる場合、第４の構成のように、エンジンの高負荷域では前記複数の制御モードのうち２以上の制御モードの熱効率特性が同じであるとし、エンジン運転状態が前記高負荷域にある場合に、前記制御モードの切替を実施するとよい。

これにより、やはり制御モードの切替時において熱効率特性が変更されることがないため、モード切替に伴うトルク変動等を抑制できる。なお、エンジンの高負荷域では、エンジン熱効率を最高効率にしておくことが望ましい。

第５の構成では、複数の熱効率特性のうち１つの熱効率特性の実行域として定められた第１運転領域と、複数の熱効率特性のうち２以上の熱効率特性の実行域として定められた第２運転領域とが隣り合う運転領域として設定されている。そして、前記熱利用要求の発生後又は解消後において、前記第１運転領域から前記第２運転領域にエンジン運転状態が移行するタイミング、又は前記第２運転領域から前記第１運転領域にエンジン運転状態が移行するタイミングで、前記熱利用要求に応じて前記制御モードの切替を実施する。

要するに、熱利用要求に伴う制御モードの切替時には、その切替タイミングが第１運転領域→第２運転領域の移行タイミング、又は第２運転領域→第１運転領域の移行タイミングに規定されている。つまり、熱利用要求の発生時又は解消時には、第１運転領域と第２運転領域との間のエンジン運転状態の移行を待って制御モードの切替が実施される。このとき、熱利用要求に伴う制御モードの切替が、２以上の熱効率特性の実行域である第２運転領域内で実施されることはなく、１つの熱効率特性の実行域である第１運転領域に対する行き来（出入り）に合わせて実施される。これにより、制御モードの切替の前後で熱効率特性の変更に伴うトルクの変化がほぼ生じないようにすることができる。この場合、第２運転領域を実行域とする２以上の制御モードは、各々熱効率特性の組み合わせが異なるものであり、当該第２運転領域内での制御モードの切替時にはトルク変動が生じるのに対し、第１運転領域に対する行き来に合わせて制御モードの切替を実施することによりトルク変動を抑制できる。

なお、第２運転領域を実行域とする２以上の制御モードでは、その第２運転領域において第１運転領域との境界部付近に、第１運転領域に対して連続的に変化するエンジン出力特性が定められているとよい。これにより、制御モードの切替の前後で熱効率特性の変更に伴うトルクの変化がほぼ生じないようにすることができ、円滑なる制御モードの切替が可能となる。

上述したとおり、エンジンの高負荷域では、エンジンの発生熱量が大きく、特に熱効率を変更しなくても（換言すると、エンジン廃熱量を敢えて大きくしなくても）、十分な廃熱量が確保でき、それにより都度の熱利用要求が満たされると考えられる。したがって、エンジンの高負荷域を第１運転領域（複数の熱効率特性のうち１つの熱効率特性についての実行域）として定めることが可能となる。つまり、第６の構成のように、エンジンの高負荷域が前記第１運転領域であり、前記高負荷域よりも低負荷の領域が前記第２運転領域であるとよい。

これにより、やはり制御モードの切替に際し、トルク変動が生じることを抑制できる。なお、エンジンの高負荷域では、エンジン熱効率を最高効率にしておくことが望ましい。

エンジン廃熱量を増加させる場合、エンジン熱効率の低下による燃費悪化をできるだけ抑制するのが望ましい。本発明者らは、エンジン運転状態とエンジン廃熱量と燃費性能（熱効率）との関係について鋭意検討した結果、所望量のエンジン廃熱を発生させるには、バルブオーバーラップ量が大きいほど燃費良好となり（熱効率の低下を極力抑制でき）、かつ点火時期を、最適点火時期ＭＢＴを基準に遅角側に制御するよりも進角側に制御する方が燃費良好になる（熱効率の低下を極力抑制できる）ことを見出した。

したがって、第７の構成のように、複数の制御モードの少なくともいずれかにおいて、オーバーラップ量を増加側に変更するオーバーラップ増加制御を実施し、かつ点火時期を、増加側への変更後のオーバーラップ量に対応する最高効率時期（ＭＢＴ又はその付近）よりも進角側に変更する点火進角制御を実施することにより、熱利用要求に見合う廃熱量を発生しつつ、そのときのエンジン熱効率の低下を極力抑制でき、燃費の観点において好適である。

本発明者らの知見によれば、点火時期を最高効率時期よりも進角側で制御する場合、各オーバーラップ量における最進角時期ではエンジン廃熱量がそれぞれ最大になること、及び最進角時期でのエンジン廃熱量を異なるオーバーラップ量で比較した場合、オーバーラップ量が小さいほどそのオーバーラップ量に対応する最進角時期でのエンジン廃熱量が大きくなる（熱効率が低下する）。

これに鑑み、第８の構成では、第７の構成において、前記オーバーラップ増加制御として、前記オーバーラップ量を、前記点火時期を進角限界である最進角時期とした場合の前記エンジンの燃料消費量が最小となる最高効率オーバーラップ量に制御し、かつ前記点火進角制御として、前記点火時期を、前記熱利用要求による要求熱量に応じて、前記最高効率オーバーラップ量に対応する最高効率時期よりも進角側に制御する第１制御手段と、前記オーバーラップ量を、前記最高効率オーバーラップ量よりも小さいオーバーラップ量に制御し、かつ前記点火時期を、変更後のオーバーラップ量に対応する最進角時期で制御する第２制御手段と、を有する。そして、複数の制御モードの少なくともいずれかにおいて、その１つの制御モード内において、前記要求熱量に基づいて前記第１制御手段と前記第２制御手段とを切り替えて実施する。

本構成によれば、第１制御手段による廃熱制御により、廃熱増加を最適燃費で実施することができる。また、第２制御手段による廃熱制御により、第１制御手段による廃熱増加では熱利用要求を満たすことができない場合に、燃費性能の低下（熱効率の低下）を極力抑制しつつ要求熱量に見合うエンジン廃熱量を発生させることができる。したがって、本発明によれば、１つの制御モード内において、第１制御と第２制御とを切り替えて廃熱増加を実施することにより、燃費悪化抑制と熱利用要求とをバランスよく充足することができる。

第９の構成では、エンジンでの燃料の燃焼を一時的に休止する場合に、前記制御モードの切替を実施する。つまり、エンジンの燃焼休止時には、エンジンのトルク発生が中断されることから、その前後においてトルク差が生じていても何ら問題は生じない。ゆえに、エンジンの燃焼休止時に制御モードの切替を実施することが望ましい。

なお、エンジンでの燃料の燃焼を一時的に休止する場合には、車両の減速中に燃料カットを実施する場合や、自動停止再始動制御（いわゆる、アイドルストップ制御）を実施するエンジン制御システムにおいてエンジンの自動停止中（アイドルストップ中）である場合が含まれる。

第１０の構成では、駆動源としてエンジンと電動機とを有する車両において、前記電動機に対する前記エンジンの出力比率が所定以下である場合に、前記制御モードの切替を実施する。つまり、駆動源としてエンジンと電動機とを有するハイブリッド車では、電動機に対するエンジンの出力比率が低ければ、エンジンのトルク変動が生じたとしてもさほど影響はない。ゆえに、電動機に対するエンジンの出力比率が所定以下である場合に制御モードの切替を実施することが望ましい。

第１１の構成では、前記エンジンが搭載される車両において同車両が加速状態、減速状態のいずれかである場合、前記エンジンの出力軸に連結された自動変速機が変速動作中である場合、前記エンジンと自動変速機との間に設けられたロックアップ機構がロックアップオフ状態である場合のいずれかで、前記制御モードの切替を実施する。

車両の加速・減速状態、自動変速機の変速動作状態、ロックアップ機構のロックアップオフ状態では、車両全体としてトルク変動が生じやすい。そのため、これらの各状態下では、エンジンのトルク変動が生じたとしてもそれがかき消されることとなる。ゆえに、上記のとおり車両の加速・減速状態、自動変速機の変速動作状態、ロックアップ機構のロックアップオフ状態のいずれかで制御モードの切替を実施することが望ましい。

発明の実施の形態における廃熱制御システムの概略を示す構成図。 第１〜第３制御モードについてエンジン運転領域ごとに定められる熱効率特性を示す図。 廃熱制御の概要を示す機能ブロック図。 モード切替制御の概要を説明するためのタイムチャート。 制御モードの切替手順を示すフローチャート。 第２の実施形態における２つのエンジン運転領域を示す図。 第１制御モード及び第２制御モードについてエンジン出力と熱量との関係を示す図。 第２の実施形態におけるモード切替制御の概要を説明するためのタイムチャート。 第２の実施形態における制御モードの切替手順を示すフローチャート。 第２制御モードによる廃熱制御の概要を説明するための図。 最大オーバーラップ廃熱制御及び最進角廃熱制御の概要を示す図。 第２制御モードによる廃熱制御を示すフローチャート。 第１進角補正量Ｈ１の説明図。 第２進角補正量Ｈ２の説明図。 最進角廃熱制御におけるオーバーラップ増加量を示す図。 最進角廃熱制御におけるオーバーラップ減少量を示す図。

（第１の実施形態）
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り、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。

また、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（以下、Ａ／Ｆセンサという）２１が設けられるとともに、その下流側に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、本システムには、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に導入するＥＧＲ装置（排気再循環装置）が設けられている。すなわち、吸気管１１と排気管１２との間には、一端が吸気管１１のスロットルバルブ下流側に接続され、かつ他端が排気管１２の触媒下流側（上流側でも可）に接続されたＥＧＲ配管２５が設けられ、そのＥＧＲ配管２５の途中に電磁式のＥＧＲ弁２６が設けられている。この場合、ＥＧＲ弁２６の開度を調整することで、ＥＧＲガス量が増減調整されるようになっている。

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。したがって、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、スロットル開度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Ａ／Ｆ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。また、ＥＣＵ４０には、車速センサ４３の検出信号が入力される他、エンジン１０の出力軸に連結された自動変速機４４の変速状態を示す検出信号が入力される。さらに、エンジン１０と自動変速機４４との間に設けられたロックアップ機構４５のロックアップ状態を示す検出信号が入力される。

そして、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）による空気量制御を実施する。かかる場合、上記の各種制御は、基本的にエンジン１０の最高効率（最適燃費）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。

また、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）を回収し再利用することで、システム全体としての燃費改善を図るようにしており、都度の熱利用要求とエンジン運転状態とに基づいてエンジン１０の廃熱制御を実施する。

特に本実施形態では、暖房等による熱利用要求が発生した場合に、その熱利用要求に応えるべくエンジン運転状態でのエンジン熱効率を意図的に低下させてエンジン廃熱量を増やし、その分、暖房等への廃熱利用を促すようにしている。エンジン熱効率は、燃焼による熱エネルギのうち、どれだけがエンジン出力（有効な仕事）に変換されたかを表す指標であり、エンジン運転効率（エンジン軸効率）とも称される。

より詳しくは、エンジンの運転領域ごとに設定されたエンジンの熱効率特性の組み合わせが各々異なる複数の制御モードを設定するとともに、それら制御モードごとに、エンジン制御量を算出するための制御量マップを用意しておく。そして、都度の熱利用要求に応じた要求熱量に基づいて、制御モードの切替を実施するようにしている。制御モードとしては、例えば点火時期制御について３つの制御モードを想定しており、その制御モードには、エンジンの全運転領域にエンジン熱効率（＝燃費）が最も良い熱効率特性が設定された第１制御モードと、エンジンの一部の運転領域にそれよりも熱効率が低い熱効率特性が設定された第２，第３制御モードとが含まれている。これら３つの制御モードは、熱効率の観点からすれば、概して第１制御モード→第２制御モード→第３制御モードの順に熱効率が低くなり、廃熱量の観点からすれば、概して第１制御モード→第２制御モード→第３制御モードの順に廃熱量が増加するものとなっている。複数の制御モードとして、２つの制御モード、又は４つ以上の制御モードを設定しておくことも可能である。

なお、熱効率を低下させる（廃熱量を増加させる）手法として、以下のいずれかを適用することができる。
（１）点火時期制御において点火時期を遅角させることにより、熱効率を低下させる（廃熱量を増加させる）。
（２）吸気バルブの開弁時期制御においてその開弁時期を進角側に変更することにより（すなわち吸気早開きにすることにより）、熱効率を低下させる（廃熱量を増加させる）。
（３）排気バルブの開弁時期制御においてその開弁時期を遅角側に変更することにより（すなわち排気遅開きにすることにより）、熱効率を低下させる（廃熱量を増加させる）。

その他、上記の（１）〜（３）の組み合わせにより熱効率を低下させる（廃熱量を増加させる）ことも可能である。

上記のとおり第１〜第３制御モードでは、制御モードごとに熱効率や廃熱量に差が生じるものとなっているが、例えばエンジンの高負荷運転状態では発生熱量が多くなることから、エンジン熱効率が最良になるようにエンジン制御が行われても十分な廃熱量が確保できる。それゆえに、エンジンの高負荷領域では、第２，第３制御モードにおいて敢えて熱効率を低下させる必要がない。そこで、３つの制御モードにおいて、所定の高負荷域ではモード間のエンジン制御量の差異を無くし、実質的には同一制御が実施されるようにしている。

次いで、第１〜第３制御モードについて、所定のエンジン運転領域ごとに定められる熱効率特性の違いを図２を用いて説明する。図２（ａ）〜（ｃ）ではいずれも横軸がエンジン回転速度（ＮＥ）、縦軸がエンジン負荷である。ここでは特に、エンジン運転領域を運転負荷の違いにより低負荷域、中負荷域、高負荷域に分け、これら各負荷域におけるエンジン制御の熱効率特性の違いを説明する。図中のＡ，Ｂ，Ｃは熱効率の違いを示し、熱効率が高いものから順に「Ａ＞Ｂ＞Ｃ」になっている。

なお、図２では、低・中・高負荷域を分割するしきい値がエンジン回転速度にかかわらず一定で示されているが、エンジン回転速度に応じてしきい値を変更すること、すなわちエンジン回転速度に応じて低・中・高負荷域の境界値を変更することも可能である。例えば、高回転側ほど高負荷域を広くする等が可能である。

図２（ａ）に示すように、第１制御モードでは、エンジンの低・中・高いずれの負荷域でも熱効率特性が「Ａ」として定められ、基本的にいずれの負荷領域でも最高の熱効率でエンジン制御が実施されるようになっている。また、図２（ｂ）に示すように、第２制御モードでは、エンジンの高負荷域では熱効率特性が「Ａ」として定められ、低・中負荷域では熱効率特性が「Ｂ」として定められている。これにより、高負荷域では、第１制御モードと同じ熱効率でエンジン制御が実施され、低・中負荷域では、第１制御モードよりも低い熱効率でエンジン制御が実施されるようになっている。換言すれば、第２制御モードでは、低・中負荷域において、第１制御モードよりも廃熱量の増加が図られるようになっている。

さらに、図２（ｃ）に示すように、第３制御モードでは、エンジンの高負荷域では熱効率特性が「Ａ」として定められ、中負荷域では熱効率特性が「Ｂ」として定められ、低負荷域では熱効率特性が「Ｃ」として定められている。これにより、高負荷域では、第１制御モードと同じ熱効率でエンジン制御が実施され、中負荷域では、第２制御モードと同じ熱効率でエンジン制御が実施され、低負荷域では、第２制御モードよりも低い熱効率でエンジン制御が実施されるようになっている。換言すれば、第３制御モードでは、低・中負荷域において、第１制御モードよりも廃熱量の増加が図られ、特に低負荷域では、第１，第２制御モードのいずれよりも廃熱量の増加が図られるようになっている。

また、図２（ａ）〜（ｃ）に示す各制御モードの熱効率特性において、高負荷域では、第１〜第３制御モードの熱効率特性が同じであり、中負荷域では、第２，第３制御モードの熱効率特性が同じであるものとなっている。

ところで、エンジンの制御モードを切り替える際には、発生トルクの変動（トルク段差）に伴うショック等が発生し、ドライバビリティが悪化することが懸念される。そこで本実施形態では、熱利用要求の発生時又は解消時に直ちに制御モードの切替を実施するのではなく、同熱利用要求の発生後又は解消後において、都度のエンジン運転状態に基づいて制御モードの切替タイミングを遅延させ、これにより制御モードの切替に伴うドライバビリティの悪化を抑制することとしている。

本実施形態では、図２で説明したとおり第１〜第３制御モードにおいて、制御モードが異なっていても熱効率特性が同じエンジン運転領域が存在していることを利用し、熱効率特性が同じ複数の制御モードが存在するエンジン運転領域で、その熱効率特性が同じ制御モード間でモード切替を実施することとしている。これにより、制御モードの切替を実施しても、実質的には熱効率特性が変更されることがなく同様の制御が継続され、モード切替によるドライバビリティの悪化が抑制される。

具体的には、エンジン運転状態が高負荷域にある場合、第１〜第３制御モードではいずれも熱効率特性が同じであるためどの制御モードに対してもモード切替が許可される。また、エンジン運転状態が中負荷域にある場合には、第２制御モード⇔第３制御モード間でのみモード切替が許可され、エンジン運転状態が低負荷域にある場合にはどの制御モードに対してもモード切替が許可されない。

つまり、高負荷域は、３つの制御モードの熱効率特性が同じになる運転領域であり、どの制御モードに対してもモード切替が許可される許可領域になっている。また、低負荷域は、３つの制御モードの熱効率特性がそれぞれ異なる運転領域であり、どの制御モードに対してもモード切替が許可されない非許可領域になっている。また、中負荷域は、第２制御モード⇔第３制御モード間でのモード切替については許可領域であり、第１制御モード⇔第２，第３制御モード間でのモード切替については非許可領域となっている。

図３は、本実施形態における廃熱制御の概要を示す機能ブロック図である。なお、図３では、エンジン制御として点火時期制御を想定している。図３に示す各機能はＥＣＵ４０により実現される。

図３において、第１制御部Ｍ１、第２制御部Ｍ２及び第３制御部Ｍ３は、上述した第１〜第３制御モードにおけるエンジン制御を各々実施するものであり、エンジン運転状態としてのエンジン回転速度（ＮＥ）とエンジン負荷（例えば吸入空気量、吸気管負圧、スロットル開度のいずれか）とに基づいてエンジン制御量としての点火時期ＩＧｔを算出する。この場合、第１制御部Ｍ１では、図２（ａ）の熱効率特性に基づいて作成された点火時期マップを用いて点火時期ＩＧｔが算出され、第２制御部Ｍ２では、図２（ｂ）の熱効率特性に基づいて作成された点火時期マップを用いて点火時期ＩＧｔが算出され、第３制御部Ｍ３では、図２（ｃ）の熱効率特性に基づいて作成された点火時期マップを用いて点火時期ＩＧｔが算出される。

モード切替部Ｍ４は、第１〜第３制御部Ｍ１〜Ｍ３により算出された点火時期ＩＧｔのうち、いずれにより実際の点火時期を制御するかを切り替えるものであり、切替判定部Ｍ５からの切替指令に基づいて第１〜第３制御部Ｍ１〜Ｍ３の切替、すなわち制御モードの切替を実施する。このモード切替部Ｍ４により切り替えられた（選択された）制御モードでの点火時期指令値がイグナイタに出力され、これにより所望の点火時期で筒内混合気に対する点火が行われる。

切替判定部Ｍ５は、暖房要求等の熱利用要求とエンジン負荷とに基づいて切替指令を行うものであり、熱利用要求が発生した後又は同熱利用要求が解消された後に、エンジン負荷情報に基づいて各制御部Ｍ１〜Ｍ３の切替、すなわち制御モードの切替を指令する。この切替判定部Ｍ５により、制御モードの切替に際してエンジン運転状態に基づいて制御モードの切替タイミングが適宜遅延されるようになっている。なお本実施形態では、第１〜第３制御部Ｍ１〜Ｍ３が「制御手段」に相当し、モード切替部Ｍ４及び切替判定部Ｍ５が「モード切替手段」に相当する。

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、車室内の暖房が行われる場合に発生するものであり、車両搭乗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。例えば、エンジン１０のアイドルストップ制御（自動停止再始動制御）を実施するシステムでは、アイドルストップ中に触媒温度が低下することが考えられ、かかる場合、エンジン再始動後に触媒暖機要求が発生する。

次に、熱利用要求に応じて制御モードを切り替えるモード切替制御の概要を図４のタイムチャートにより説明する。図４の（ａ）は熱利用要求が発生した場合を、（ｂ）は熱利用要求が解消した場合を示している。

図４（ａ）において、タイミングｔ１以前は第１制御モードであり、かつエンジン運転負荷が低負荷域（例えば、スロットル開度がしきい値ＴＨ１未満）にある。そして、その状態下においてタイミングｔ１で暖房要求等の熱利用要求が発生すると、このｔ１以降に、第１制御モードから、それよりもエンジン廃熱量が大きい制御モード（第２又は第３制御モード）への切替が実施される。ここでは、第１制御モードから第３制御モードへの切替を想定している。ただし、タイミングｔ１ではエンジン負荷が低負荷であるため、第１制御モードから他の制御モードへの切替は、熱効率特性が異なる制御モードへの切替、すなわち図２で言えば熱効率特性Ａから熱効率特性Ｂ又はＣへの切替となる。したがって、制御モードの切替に伴うドライバビリティの悪化を回避すべく、タイミングｔ１では制御モードの切替は実施されない。

その後、例えばアクセル操作によりスロットル開度が増加すると、タイミングｔ２でエンジン負荷が中負荷（スロットル開度がしきい値ＴＨ１以上）になり、さらにタイミングｔ３でエンジン負荷が高負荷（スロットル開度がしきい値ＴＨ２以上）になる。この場合、中負荷域での第１制御モードから他の制御モードへの切替は、やはり熱効率特性が異なる制御モードへの切替（図２では、熱効率特性Ａ→Ｂへの切替）となるため、タイミングｔ２での制御モードの切替は実施されない。これに対し、高負荷域での第１制御モードから他の制御モードへの切替は、熱効率特性が同じ制御モードへの切替（図２では、熱効率特性Ａ→Ａへの切替）となるため、タイミングｔ３では第１制御モードから第３制御モードへの切替が実施される。このとき、制御モードの切替タイミング（ｔ３）は、熱利用要求の発生タイミング（ｔ１）に対して遅延されるものとなっている。

切替実施フラグＦ１は、熱利用要求の発生後における制御モードの切替完了を判定するためのフラグであり、熱利用要求の発生に伴い「１」がセットされ（図４のタイミングｔ１）、都度の要求熱量を満足する制御モードへのモード切替が完了した時点で「０」にクリアされる（タイミングｔ３）。

念のため記載しておくと、熱利用要求が発生した時点（タイミングｔ１）で、エンジン負荷が高負荷であれば、制御モードの切替タイミングが遅延されることなく、直ちに制御モードの切替（第１制御モード→第２，第３制御モードへの切替）が実施される。

熱利用要求の発生タイミングからすれば、制御モードが直ちに切り替えられるのではなく、その切替タイミングが遅延されることになり、タイミングｔ１〜ｔ３の期間は制御モード切替（エンジン廃熱量の増加）の遅延時間になるが、エンジン運転状態下であればある程度のエンジン廃熱が確保されているため、制御モードの切替が多少遅れたとしても車両搭乗者が不快感を覚えることはないと考えられる。

次に、熱利用要求が解消される場合の制御モードの切替を図４（ｂ）を用いて説明する。なおここでは、第３制御モードから第１制御モードへの切替であって、熱利用要求が解消されるタイミングｔ１１ではエンジン負荷が低負荷である場合を想定している。

タイミングｔ１１で熱利用要求が解消されると、このｔ１１以降に、第３制御モードから、それよりもエンジン廃熱量が小さい制御モードへの切替が実施される。この場合、タイミングｔ１１ではエンジン負荷が低負荷であるため、第３制御モードから他の制御モードへの切替は、熱効率特性が異なる制御モードへの切替（図２では、熱効率特性Ｃ→Ａ又はＢへの切替）となる。したがって、制御モードの切替に伴うドライバビリティの悪化を回避すべく、タイミングｔ１１では制御モードの切替は実施されない。

その後、例えばアクセル操作によりスロットル開度が増加すると、タイミングｔ１２でエンジン負荷が中負荷（スロットル開度がしきい値ＴＨ１以上）になり、さらにタイミングｔ１３でエンジン負荷が高負荷（スロットル開度がしきい値ＴＨ２以上）になる。この場合、中負荷域での第３制御モードから第２制御モードへの切替は、熱効率特性が同じ制御モードへの切替（図２では、熱効率特性Ｂ→Ｂへの切替）となるため、タイミングｔ１２では第３制御モードから第２制御モードへの切替が実施される。さらに、高負荷域での第２制御モードから第１制御モードへの切替は、やはり熱効率特性が同じ制御モードへの切替（図２では、熱効率特性Ａ→Ａへの切替）となるため、タイミングｔ１３では第２制御モードから第１制御モードへの切替が実施される。このとき、制御モードの切替タイミング（ｔ１２，ｔ１３）は、熱利用要求の解消タイミング（ｔ１１）に対して遅延されるものとなっている。

切替実施フラグＦ１は、熱利用要求の解消に伴い「１」がセットされ（図４のタイミングｔ１１）、制御モードの切替が完了した時点で「０」にクリアされる（タイミングｔ１３）。

図５は、廃熱制御のための制御モード切替手順を示すフローチャートであり、本処理はＥＣＵ４０により所定周期で繰り返し実行される。

図５において、まずステップＳ１１では、切替実施フラグＦ１が「０」であるか否かを判定する。そして、Ｆ１＝０であれば、すなわち熱利用要求の発生後又は解消後から制御モードの切替完了までの期間でなければ、次のステップＳ１２に進み、Ｆ１＝１であれば、すなわち熱利用要求の発生後又は解消後から制御モードの切替完了までの期間であれば処理をステップＳ１６まで飛ばす。

ステップＳ１２では、熱利用要求（暖房要求や触媒暖機要求など）が発生したタイミング、又は同熱利用要求が解消したタイミングであるか否かを判定し、続くステップＳ１３では、現時点の制御モードでのエンジン制御でその時の要求熱量を満足できるか否かを判定する。このステップＳ１３では、熱利用要求の発生時であれば、現時点の制御モードよりも廃熱量が大きい（熱効率が低い）制御モードへの切替を行う必要があるか否かを判定する。また、熱利用要求の解消時であれば、現時点の制御モードよりも廃熱量が小さい（熱効率が高い）制御モードへの切替を行う必要があるか否かを判定する。

ステップＳ１２がＹＥＳでかつステップＳ１３がＮＯであれば後続のステップＳ１４に進み、ステップＳ１２がＮＯであるかステップＳ１３がＹＥＳであればそのまま本処理を終了する。

ステップＳ１４では、切替実施フラグＦ１に「１」をセットする。続くステップＳ１５では、今回の熱利用要求の発生又は解消によりどの制御モードへの切替を実施するかを決定する。このステップＳ１５では、熱利用要求の発生時であれば、現時点の制御モードよりも廃熱量が大きい（熱効率が低い）制御モードを切替先の制御モードとして決定する。また、熱利用要求の解消時であれば、現時点の制御モードよりも廃熱量が小さい（熱効率が高い）制御モードを切替先の制御モードとして決定する。

その後、ステップＳ１６〜Ｓ１８では、制御モード切替の実施条件が成立するか否かを判定する。具体的には、
・ステップＳ１６では、現時点のエンジン運転状態が、熱効率特性が同じ制御モードへの切替が可能なものであるか否か（モード切替の許可領域あるか非許可領域にあるか）を判定する。
・ステップＳ１７では、燃料カット中又はアイドルストップ中であるか否かを判定する。なお、燃料カットは車両の減速中に実施される。アイドルストップは、アイドルストップ制御において、所定の自動停止条件が成立した場合に実施される。
・ステップＳ１８では、車両走行状態が、制御モード切替に伴うトルク変動が生じても車両搭乗者がそれに気付かない状態であるか否かを判定する。例えば、車両が加速状態、減速状態のいずれかである場合、自動変速機４４が変速動作中である場合、ロックアップ機構４５がロックアップオフ状態である場合のいずれかであるか否かを判定する。

そして、ステップＳ１６〜Ｓ１８のいずれかがＹＥＳであれば後続のステップＳ１９に進み、ステップＳ１６〜Ｓ１８が全てＮＯであればそのまま本処理を終了する。

ステップＳ１９では、ステップＳ１５で決定した切替先制御モードに基づいて制御モードへの切替を実行する。このとき、例えば、図４（ｂ）で説明したように、熱利用要求の解消時における制御モードが「第３制御モード」であり、切替先の制御モードが「第１制御モード」である場合に、一気に第３制御モード→第１制御モードの切替を行うのではなく、第３制御モード→第２制御モード→第１制御モードの順に切替を行うことも可能である。

その後、ステップＳ２０では、ステップＳ１５で決定した切替先制御モードへの切替が完了したか否かを判定し、切替完了であれば、ステップＳ２１に進んで切替実施フラグＦ１を「０」にクリアする。

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。

熱効率特性が各々相違する複数の制御モードの切替に際し、その切替タイミングを熱利用要求の発生タイミング又は解消タイミングに対して適宜遅延させるようにした。また、熱利用要求の発生後又は解消後において、都度のエンジン運転状態が所定の許可領域にあれば制御モードの切替を許可し、非許可領域にあれば制御モードの切替を許可しない構成とした。

上記構成によれば、熱効率特性が異なる複数の制御モードを切り替えることにより、都度の熱利用要求に応じたエンジンの廃熱制御を実現することが可能となる。また、その複数の制御モードについて、切替タイミングを熱利用要求の発生タイミング又は解消タイミングに対して遅延させるようにしたため、熱利用要求が発生すると又は同熱利用要求が解消されると直ちにモード切替を実施する構成とは異なり、都度の熱利用要求に応じた制御モードの切替に好都合な状態になるのを待って、そのモード切替を実施することが可能となる。このとき、制御モードの切替を、都度のエンジン運転状態が許可領域及び非許可領域のいずれにあるかに応じて実施する構成としたため、エンジン運転中においてトルク変動の出にくい適切なタイミングで制御モードの切替を実施できる。その結果、熱利用要求に応じた廃熱制御を実施でき、しかも要求熱量の変更に伴う制御切替時のショック等を低減することができる。これにより、ドライバビリティの改善を図ることができる。

より詳細には、２以上の制御モードの熱効率特性が同じになる運転領域（本実施形態では、高負荷域及び中負荷域）を許可領域とし、同許可領域で、熱効率特性が同じ制御モード間にて該制御モードの切替を実施する構成とした。これにより、制御モードの切替と同時に熱効率特性が変更されることがなく、その切替の前後で熱効率特性が同じになる。したがって、熱効率特性の変更に伴うトルクショックを抑制できる。

上記のとおり２以上の制御モードの熱効率特性が同じになる運転領域で制御モードの切替を実施する構成では、熱利用要求に応じて制御モードを切り替える場合に、その切替前後におけるエンジンの出力差を所定以下に抑えることができる。ゆえに、好適なる制御モードの切替を実現できる。

エンジンの高負荷域では、全ての制御モードについて熱効率特性を同じにしたため、この高負荷域ではいずれの制御モードの切替であってもその変更が許可される。特に、高負荷域はエンジン熱効率が最高効率であり、必要以上にエンジン熱効率を低下させることなく都度の熱利用要求に応えることができる。

熱利用要求の発生後又は解消後において、燃料カット中やアイドルストップ中といったエンジンの燃焼休止時にも制御モードの切替を実施する構成とした。エンジンの燃焼休止時には、エンジンのトルク発生が中断されることから、その前後においてトルク差が生じていても何ら問題は生じない。ゆえに、エンジンの燃焼休止時において好適なる制御モードの切替を実現できる。

また、熱利用要求の発生後又は解消後において、車両の加速・減速状態、自動変速機４４の変速動作状態、ロックアップ機構４５のロックアップオフ状態のいずれかである場合にも、制御モードの切替を実施する構成とした。これらの各状態では、車両全体としてトルク変動が生じやすい。そのため、これらの各状態下では、制御モード切替に伴うトルク変動が生じても車両搭乗者がそれに気付きにくい。つまり、制御モードの切替時にエンジンのトルク変動が生じたとしてもそれがかき消されることとなる。ゆえに、好適なる制御モードの切替を実現できる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、上述した第１の実施形態との相違点を中心に説明する。上記実施形態では、２以上の制御モードの熱効率特性が同じになる運転領域で、熱効率特性が同じ制御モード間にて該制御モードの切替を実施する構成としたが（図２、図５のステップＳ１６参照）、本実施形態ではこの構成を変更する。すなわち、本実施形態において、複数に分割されたエンジン運転領域には、複数の熱効率特性のうち１つの熱効率特性の実行域として定められた第１運転領域と、複数の熱効率特性のうち２以上の熱効率特性の実行域として定められた第２運転領域とが含まれている。そして、それら両運転領域間でエンジン運転状態が移行するタイミングで、熱利用要求に応じて制御モードの切替を実施する。

図６は、横軸をエンジン回転速度（ＮＥ）、縦軸をエンジン負荷として、２つのエンジン運転領域を示す図である。ここではエンジン負荷の違いによりエンジン運転領域が高負荷域及び低負荷域に分割されており、高負荷域が第１運転領域に相当し、低負荷域が第２運転領域に相当する。

本実施形態では、エンジンの熱効率特性の組み合わせが各々異なる複数の制御モードとして２つの制御モード（第１，第２制御モード）を想定しており、そのうち第１制御モードではエンジンの全運転領域にエンジン熱効率（＝燃費）が最も良い熱効率特性Ａが設定され、第２制御モードではエンジンの一部の運転領域に第１制御モードよりも熱効率が低い熱効率特性Ｂが設定されている。そして、高負荷域を、熱効率特性Ａによるエンジン制御が実施される制御実行域とし、低負荷域を、熱効率特性Ａ及び熱効率特性Ｂによるエンジン制御がそれぞれ実施される制御実行域としている。高負荷域と低負荷域とは隣り合う運転領域として定められている。なお、複数の熱効率特性として３つ以上の熱効率特性を設定する構成、低負荷域（第２運転領域）が３つ以上の熱効率特性の実行域である構成とすることも可能である。

ここで、熱利用要求の発生又は解消に伴う要求熱量の増加又は減少時には、ＥＣＵ４０は、高負荷域から低負荷域にエンジン運転状態が移行するタイミング、又は低負荷域から高負荷域にエンジン運転状態が移行するタイミングで、熱利用要求に応じて制御モードの切替を実施する。より詳細には、例えば、第１制御モードにあり、かつ熱利用要求の発生に伴いエンジン廃熱量を増やす場合には、エンジン運転状態が高負荷域から低負荷域に移行するタイミングで制御モードの切替（第１→第２制御モードの切替）を実施する。また、第２制御モードにあり、かつ熱利用要求の解消に伴いエンジン廃熱量を減らす場合には、エンジン運転状態が低負荷域から高負荷域に移行するタイミングで制御モードの切替（第２→第１制御モードの切替）を実施する。

図７は、第１制御モード及び第２制御モードについてエンジン出力と熱量との関係を示す図であり、同図にはエンジン出力が大きいほど熱量が大きくなる関係が示されている。また、第１制御モード（実線）については高負荷域及び低負荷域において最高効率となる特性が示され、第２制御モード（一点鎖線）については低負荷域において第１制御モードよりも低効率となる特性（熱量が大きくなる特性）が示されている。ここで、エンジン運転状態が図のＰである場合に、制御モードを第１制御モードから第２制御モードに切り替えることを考えると、本実施形態では、図に矢印で示すとおり一旦高負荷域に入り、その後、低負荷域に戻った際に制御モードの切替が実施される。かかる場合、低負荷域内で第１→第２制御モードの切替を実施すると、熱効率特性が異なる制御モード間でのモード切替となり、トルク変動が生じる。これに対し、高負荷域に対する行き来に合わせて制御モードの切替を実施することによりトルク変動を抑制できる。

なお、第１，第２制御モードで実行される低負荷域では、同低負荷域において高負荷域との境界部付近に、高負荷域に対して連続的に変化するエンジン出力特性が定められている（図の破線囲い部分Ｘ）。これにより、制御モードの切替の前後で熱効率特性の変化がほぼ生じないようにすることができ、円滑なる制御モードの切替が可能となる。例えば、低負荷域と高負荷域との境界部では、エンジン運転状態の所定変化に対するエンジン出力の変化量があらかじめ定めた許容値以内になっている。

次に、本実施形態におけるモード切替制御の概要を図８のタイムチャートにより説明する。図８は熱利用要求が発生した場合の概要を示している。

図８において、タイミングｔ２１以前は第１制御モードであり、かつエンジン運転負荷が低負荷域（例えば、スロットル開度がしきい値ＴＨａ未満）にある。そして、その状態下においてタイミングｔ２１で暖房要求等の熱利用要求が発生すると、このｔ２１以降に、第１制御モードから、それよりもエンジン廃熱量が大きい第２制御モードへの切替が実施される。ただし、タイミングｔ２１ではエンジン運転状態が低負荷域にあり、このタイミングで制御モードの切替を実施するとトルク変動のおそれがあるため、タイミングｔ２１では制御モードの切替は実施されない。

その後、例えばアクセル操作によりスロットル開度が増加すると、タイミングｔ２２でエンジン負荷が高負荷（スロットル開度がしきい値ＴＨａ以上）になる。高負荷域では、熱効率特性がＡのみであるため、そのまま第１制御モードが継続される。そして、タイミングｔ２３でエンジン負荷が高負荷から低負荷に移行すると、第１制御モード→第２制御モードの切替が許可される。このとき、制御モードの切替タイミング（ｔ２３）は、熱利用要求の発生タイミング（ｔ２１）に対して遅延されるものとなっている。

熱利用要求の発生タイミングからすれば、制御モードが直ちに切り替えられるのではなく、その切替タイミングが遅延されることになり、タイミングｔ２１〜ｔ２３の期間は制御モード切替（エンジン廃熱量の増加）の遅延時間になるが、エンジン運転状態下であればある程度のエンジン廃熱が確保されているため、制御モードの切替が多少遅れたとしても車両搭乗者が不快感を覚えることはないと考えられる。

図９は、廃熱制御のための制御モード切替手順を示すフローチャートであり、本処理はＥＣＵ４０により所定周期で繰り返し実行される。図９の処理は、上述した図５の処理に置き換えて実行されるものであり、図５と同じ処理については同じステップ番号を付して説明を簡略化する。

図９において、ステップＳ１１〜Ｓ１５は図５と同じ処理であり、切替実施フラグＦ１＝０であるか否かの判定（Ｓ１１）、熱利用要求（暖房要求や触媒暖機要求など）の発生時又は解消時であるか否かの判定（Ｓ１２）、要求熱量を満足しているかどうかの判定（Ｓ１３）、切替実施フラグＦ１のセット（Ｓ１４）、切替先の制御モードの決定（Ｓ１５）をそれぞれ実行する。

その後、ステップＳ２２では、今回の制御モードの切替が「第１制御モード→第２制御モード」であるか否かを判定し、ＹＥＳであればステップＳ２３に進み、ＮＯであればステップＳ２４に進む。このとき、熱利用要求の発生に伴いエンジン廃熱量を増やす場合（第１制御モード→第２制御モードの切替時）には、ステップＳ２２がＹＥＳになり、熱利用要求の解消に伴いエンジン廃熱量を減らす場合（第２制御モード→第１制御モードの切替時）には、ステップＳ２２がＮＯになる。

ステップＳ２３では、今現在のエンジン運転状態が「高負荷域→低負荷域」への移行時であるか否かを判定する。また、ステップＳ２４では、今現在のエンジン運転状態が「低負荷域→高負荷域」への移行時であるか否かを判定する。そして、ステップＳ２３がＹＥＳ、又はステップＳ２４がＹＥＳであれば、後続のステップＳ１９に進み、ステップＳ２３，Ｓ２４がＮＯであればそのまま本処理を終了する。

ステップＳ１９，Ｓ２１は図５と同じ処理であり、切替先の制御モードへの切替（Ｓ１９）、切替実施フラグＦ１のクリア（Ｓ２１）をそれぞれ実行する。

なお、図５で説明したように、燃料カット中又はアイドルストップ中であるか否かの判定（図５のステップＳ１７）や、車両走行状態が、制御モード切替に伴うトルク変動が生じても車両搭乗者がそれに気付かない状態であるか否かの判定（図５のステップＳ１８）を実施し、それらの結果に応じて制御モードの切替を実施する構成としてもよいが、図９では省略している。

以上詳述した第２の実施形態においても、上記第１の実施形態と同様に、熱利用要求に応じた廃熱制御を実施でき、しかも要求熱量の変更に伴う制御切替時のショック等を低減することができる。これにより、ドライバビリティの改善を図ることができる。

また特に、熱効率特性Ａの実行域である高負荷域（第１運転領域）と、熱効率特性Ａ及び熱効率特性Ｂの実行域である低負荷域（第２運転領域）とについて、高負荷域→低負荷域への移行時、又は低負荷域→高負荷域への移行時に、熱利用要求に応じて制御モードの切替を実施する構成とした。これにより、熱利用要求の発生時又は解消時には、高負荷域と低負荷域との間のエンジン運転状態の移行を待って制御モードの切替が実施される。このとき、熱利用要求に伴う制御モードの切替が、２以上の熱効率特性の実行域である低負荷域内で実施されることはなく、１つの熱効率特性の実行域である高負荷域に対する行き来に合わせて実施される。これにより、制御モードの切替の前後で熱効率特性の変更に伴うトルクの変化がほぼ生じないようにすることができる。この場合、低負荷域を実行域とする２以上の制御モードは、各々熱効率特性の組み合わせが異なるものであり、当該低負荷域内での制御モードの切替時にはトルク変動が生じるのに対し、高負荷域に対する行き来に合わせて制御モードの切替を実施することによりトルク変動を抑制できる。

エンジンの高負荷域はエンジン熱効率が最高効率であり、必要以上にエンジン熱効率を低下させることなく都度の熱利用要求に応えることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態との相違点を中心に説明する。上記実施形態では、熱効率を低下させる（廃熱量を増加させる）手法として、（１）点火時期を遅角させる、（２）吸気バルブの開弁時期制御においてその開弁時期を進角側に変更する、（３）排気バルブの開弁時期制御においてその開弁時期を遅角側に変更する、の１つ又は複数を実施する構成としたが、本実施形態ではこの構成を変更する。すなわち、本実施形態では、複数の制御モードの少なくともいずれかにおいて、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オーバーラップ量を変更するオーバーラップ量制御と、点火時期制御において点火時期を進角させる点火進角制御とを組み合わせて実施することにより、廃熱増加を図る構成となっている。

具体的には、本実施形態では、複数の制御モードとして、上記第２の実施形態における第１制御モードと第２制御モードとが設定されており、そのうち、第２制御モードが、上記のオーバーラップ量制御と点火進角制御とにより廃熱増加を図る構成となっている。つまり、高負荷域を、熱効率特性Ａによるエンジン制御が実施される制御実行域とし、低負荷域を、熱効率特性Ａ及び熱効率特性Ｂ（オーバーラップ量制御＋点火進角制御）によるエンジン制御がそれぞれ実施される制御実行域としている（図６参照）。そして、熱利用要求の発生に伴う要求熱量の増加時には、ＥＣＵ４０は、高負荷域から低負荷域にエンジン運転状態が移行するタイミングで、第１制御モードから第２制御モード（オーバーラップ量制御＋点火進角制御）への切替を実施する。また、熱利用要求の解消に伴う要求熱量の減少時には、ＥＣＵ４０は、低負荷域から高負荷域にエンジン運転状態が移行するタイミングで、第２制御モード（オーバーラップ量制御＋点火進角制御）から第１制御モードへの切替を実施する。

以下に、本実施形態の第２制御モードについて詳しく説明する。

第２制御モードによるエンジン制御では、廃熱増加に際し、オーバーラップ量を、現在のエンジン動作点に対し増加側に変更し、かつ点火時期を、増加後のオーバーラップ量に対応する最高効率時期（ＭＢＴ又はその付近）よりも進角側に制御する廃熱制御を実施する。本実施形態では、オーバーラップ量と点火時期の最高効率時期ＩＭ１〜ＩＭ５及び最進角時期ＩＧ１〜ＩＧ５との関係が予めＲＯＭ等に記憶されており、点火時期を最進角時期ＩＧ１〜ＩＧ５とした場合のエンジン１０の燃料消費量が最小となる最高効率オーバーラップ量、すなわち最大オーバーラップ量にオーバーラップ量を制御し、かつ要求熱量に応じて点火時期を最大オーバーラップ量に対応する最高効率時期ＩＭ５よりも進角側に制御する。これにより、熱効率の低下（燃費悪化）をできるだけ抑制しつつ所望量のエンジン廃熱を発生させるようにしている。

図１０は、第２制御モードによる廃熱制御の概要を説明するための図である。図中のＬ１〜Ｌ５は、それぞれ異なるオーバーラップ量についての点火時期特性を示しており、Ｌ１からＬ５になるにつれてオーバーラップ量が増加していることを示している。本図では、Ｌ２を基準オーバーラップ量として、それぞれのオーバーラップ量が１０°ＣＡずつ増加側又は減少側のオーバーラップ量になっている。なお、図１０では、点火時期について、ＭＢＴがノック限界よりも遅角側になるエンジン運転状態を想定している。また、図１０において、オーバーラップ量については、排気側バルブ駆動機構１９により排気バルブの開弁期間を遅角側又は進角側に変更することで可変にしている。

図１０において、Ｌ１〜Ｌ５は、オーバーラップ量ごとの点火時期とエンジン廃熱量との関係を示している。Ｌ１〜Ｌ５で示すように、オーバーラップ量ごとに点火時期特性が相違しており、それぞれのオーバーラップ量について、ノック限界又は筒内圧のピーク位置制限により規定される進角限界としての最進角時期ＩＧ１〜ＩＧ５と、トルク変動を制限すべく規定される遅角限界としての最遅角時期とで挟まれる領域が点火時期の制御範囲となっている。各オーバーラップ量の最進角時期ＩＧ１〜ＩＧ５について比較すると、オーバーラップ量が大きいほど最進角時期が進角側になっている。

Ｌ１〜Ｌ４は、点火時期の制御範囲において下に凸の二次曲線で表される。つまり、それぞれの変曲点でエンジン廃熱量が最小となり（熱効率が最大となり）、点火時期を変曲点から進角側、遅角側のいずれに変更しても廃熱量が大きくなっている（熱効率が低下する）。そして、点火時期が変曲点よりも遅角側では、最遅角時期でエンジン廃熱量が最大となり、変曲点よりも進角側では、最進角時期ＩＧ１〜ＩＧ４でエンジン廃熱量が最大になっている。なお、Ｌ５では、最進角時期ＩＧ５と最遅角時期との中間位置に変曲点が存在せず、最遅角時期でエンジン廃熱量が最小となり、最進角時期ＩＧ５で最大になっている。また、最進角時期ＩＧ１〜ＩＧ５でのエンジン廃熱量について比較すると、オーバーラップ量が小さいほどエンジン廃熱量が大きくなっている（熱効率が低下する）。

図１０では、第１制御モードによるエンジン制御、例えば、オーバーラップ量が基準オーバーラップ量（図中のＬ２）で制御され、かつ基準オーバーラップ量に対応する最適点火時期（ＩＭ２）でエンジン制御が実施されているときに、その時のエンジン運転状態では要求熱量を満たすことができなくなった場合を考える。この場合、エンジンの制御モードを第１制御モードから第２制御モードに切り替え、第２制御モードによるエンジン制御を実施することによりエンジン廃熱量の増加を図る。

具体的には、オーバーラップ量を、図１０の一点鎖線にて示すように、制御可能範囲の最大値である最大オーバーラップ量（図中のＬ５）に変更する。そして、点火時期を、最大オーバーラップ量での点火時期特性Ｌ５を利用して、要求熱量に応じて最大オーバーラップ量での最高効率時期ＩＭ５よりも進角側に変更する。点火時期について更に説明すれば、最高効率時期で点火時期制御を実施することを前提とした上での第１進角補正量Ｈ１と、要求熱量に応じて最高効率時期から進角変化させるための第２進角補正量Ｈ２との合計量だけ点火時期を進角側に補正する。

ここで、オーバーラップ量ごとの最進角時期ＩＧ１〜ＩＧ５でのエンジン廃熱量を比較した場合、図１０に示すように、オーバーラップ量が大きいほど、最進角時期ＩＧ１〜ＩＧ５でのエンジン廃熱量が小さくなっている。そのため、Ｌ５に示す点火時期特性を利用してエンジン廃熱量を増加させる（熱効率を低下させる）場合、点火時期が最進角時期ＩＧ５によって制限されることにより、要求熱量に見合うエンジン廃熱を発生できないことがあると考えられる。

そこで、本実施形態では、第２制御モードにおいては、オーバーラップ量を最大オーバーラップ量で制御し、かつ点火時期を、最大オーバーラップ量に対応する最高効率時期よりも要求熱量に応じて進角側に変更する上記制御（最大オーバーラップ廃熱制御）に加え、最大オーバーラップ量よりも小さいオーバーラップ量で制御し、かつそのときのオーバーラップ量に対応する最進角時期で点火時期を制御する廃熱制御（最進角廃熱制御）を実施する。そして、第２制御モードの実施中において、最大オーバーラップ廃熱制御により熱利用要求を満たすことができない場合（エンジン廃熱量が不足する場合）、最進角廃熱制御によりエンジン廃熱増加を実施する。つまり、第２制御モードでは、要求熱量の大小に応じて、最大オーバーラップ廃熱制御と最進角廃熱制御とを切り替える。

なお、オーバーラップ量ごとの最進角時期ＩＧ１〜ＩＧ５での燃料消費量を比較した場合、オーバーラップ量が大きいほど燃料消費量が少なくなり（熱効率が高くなり）、最大オーバーラップ量で燃料消費量が最小となる。したがって、本実施形態では、最大オーバーラップ量が、点火時期を最進角時期とした場合のエンジン１０の燃料消費量が最小となる最高効率オーバーラップ量に相当する。

図１１に、最大オーバーラップ廃熱制御及び最進角廃熱制御の概要を示す。第２制御モードによるエンジン廃熱制御は、最大オーバーラップ量での点火時期特性を利用して廃熱制御を実施する最大オーバーラップ廃熱制御Ｒ１と、オーバーラップ量ごとに規定される最進角時期において廃熱制御を実施する最進角廃熱制御Ｒ２とで構成されている。そして、最大オーバーラップ廃熱制御Ｒ１でのエンジン廃熱量の最大値と要求熱量とを比較した結果、要求熱量の方が小さいか又は等量の場合に最大オーバーラップ廃熱制御Ｒ１を実施し、要求熱量の方が大きい場合に最進角廃熱制御Ｒ２を実施する。この最進角廃熱制御Ｒ２では、エンジン廃熱量を増加させる場合、要求熱量が大きいほど、オーバーラップ量を減少しかつ点火時期を遅角側に変更する。

図１２は、第２制御モードによる廃熱制御を示すフローチャートである。この図１２の処理は、上述した図９の処理のステップＳ２２で第１制御モード→第２制御モードの切替時であると判定され、かつステップＳ２３で高負荷→低負荷の移行時と判定された場合に、ＥＣＵ４０により所定周期で繰り返し実行される。

図１２において、ステップＳ３１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、例えば暖房要求によるものであれば、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Ｓ３２では、その時の要求熱量と、オーバーラップ量最大での最進角時期において発生可能な廃熱量（オーバーラップ最大熱量、図１１におけるＱＭ）とを比較する。そして、要求熱量とオーバーラップ最大熱量ＱＭとが等量であるか又は要求熱量の方が小さい場合には、最大オーバーラップ廃熱制御としてステップＳ３３，３４の処理を実行し、要求熱量がオーバーラップ最大熱量ＱＭよりも大きい場合には、最進角廃熱制御としてステップＳ３５〜Ｓ３８の処理を実行する。

すなわち、最大オーバーラップ廃熱制御として、ステップＳ３３では、オーバーラップ量を最大値ＶＭＡＸに設定する。また、ステップＳ３６では、今現在の点火時期を、オーバーラップ量増加前の最高効率時期からオーバーラップ量増加後の最高効率時期に進角変化させるための進角補正量Ｈ１と、増加後のオーバーラップ量で要求熱量に応じて最高効率時期から進角変化させるための進角補正量Ｈ２との合計量（Ｈ１＋Ｈ２）だけ進角側に設定する。これにより、図示しない別ルーチンによるバルブタイミング制御によりオーバーラップ量が最大値ＶＭＡＸに変更され、図示しない別ルーチンによる点火時期制御により点火時期が補正量（Ｈ１＋Ｈ２）だけ進角側に変更される。

ここで、点火時期補正のうち、進角補正量Ｈ１については、図１３に例示するように、オーバーラップ量の増加側への変更量ΔＶＯＬが多いほど、点火進角量が多くなるよう大きい値に設定される。また、進角補正量Ｈ２については、図１４に例示するように、今現在のエンジン制御での廃熱量と要求熱量との差ΔＱが大きいほど、つまり熱量増加分が大きいほど点火進角量が多くなるよう大きい値に設定される。

また、最進角廃熱制御として、ステップＳ３５では、熱量増加前のオーバーラップ量に対応する最進角時期でのエンジン廃熱量（最進角熱量）と要求熱量とを比較する。そして、最進角熱量よりも要求熱量の方が小さく、最進角熱量で要求熱量を満足できる場合には、ステップＳ３６において、燃費悪化抑制効果を最大限に図るべく、オーバーラップ量を大きくするとともに、ステップＳ３７において、点火時期を、その増加後のオーバーラップ量に対応する最進角時期に設定する。この場合、例えば図１５に示すように、増加させるべき熱量（今現在のエンジン廃熱量と要求熱量との差）ΔＱが大きいほど、今現在のオーバーラップ量に対する変更量を小さくしている。

一方、最進角熱量よりも要求熱量の方が大きい場合には、ステップＳ３８において、オーバーラップ量を小さくするとともに、ステップＳ３７において、点火時期を、その減少後のオーバーラップ量に対応する最進角時期に設定する。この場合、例えば図１６に示すように、増加させるべき熱量ΔＱが大きいほど、今現在のオーバーラップ量に対する変更量を大きくしており、これにより、燃費悪化を極力抑制しながら廃熱増加を図る。

最後に、ステップＳ３９では、エンジン出力増補処理を実施する。このエンジン出力増補処理は、上記のとおり廃熱制御が実施された場合において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であり、燃料噴射量の増量補正や空気量（スロットル開度）の増量補正が適宜実施される。そして本処理を終了する。

以上詳述した第３の実施形態においても、上記第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に、熱利用要求に応じた廃熱制御を実施でき、しかも要求熱量の変更に伴う制御切替時のショック等を低減することができる。これにより、ドライバビリティの改善を図ることができる。

また特に、複数の制御モードの少なくともいずれかにおいて、オーバーラップ量を増加側に変更し、かつ点火時期を、オーバーラップ量増加後の最高効率時期（ＭＢＴ又はその付近）よりも進角側に変更することにより熱効率を低下させる（廃熱量を増加させる）構成としたため、より具体的には、オーバーラップ量と、点火時期の最高効率時期及び最進角時期との関係が予め定められており、点火時期を最進角時期とした場合のエンジン１０の燃料消費量が最小となる最高効率オーバーラップ量（最大オーバーラップ量）にオーバーラップ量を制御し、かつ点火時期を、要求熱量に応じて、最大オーバーラップ量での最高効率時期よりも進角側に制御することで、エンジン熱効率を低下させる（廃熱量を増加させる）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、オーバーラップ量を最大値とし、かつ点火時期を、要求熱量に応じて、最大オーバーラップ量に対応する最高効率時期よりも進角側に制御する最大オーバーラップ廃熱制御と、最高効率オーバーラップ量よりも小さいオーバーラップ量に該オーバーラップ量を制御し、かつそのときのオーバーラップ量に対応する最進角時期で点火時期を制御する最進角廃熱制御とにより第２制御モードによる廃熱制御を構成し、第２制御モードの実施に際し、最大オーバーラップ廃熱制御による発熱で要求熱量を充足可能な場合には最大オーバーラップ廃熱制御による廃熱制御を実施し、最大オーバーラップ廃熱制御による発熱では要求熱量を充足不可の場合には最進角廃熱制御による廃熱制御を実施する構成としたため、最大オーバーラップ廃熱制御により廃熱制御を最適燃費で実施しつつ、最大オーバーラップ廃熱制御では要求熱量を満たすことができない場合に、最進角廃熱制御により熱効率の低下（燃費性能の低下）を極力抑制しつつ要求熱量を満たすことができる。したがって、最大オーバーラップ廃熱制御と最進角廃熱制御との切り替えによって、燃費悪化抑制と熱利用要求とをバランスよく満たすことができる。

（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。

・駆動源としてエンジンと電動機とを有するハイブリッド自動車において、電動機に対するエンジンの出力比率が所定以下である場合に、制御モードの切替を実施する構成としてもよい。図５のフローチャートで言えば、上記条件を、ステップＳ１６〜Ｓ１８のモード切替実施条件に加えればよい。駆動源としてエンジンと電動機とを有するハイブリッド車では、電動機に対するエンジンの出力比率が低ければ、エンジンのトルク変動が生じたとしてもさほど影響はない。ゆえに、電動機に対するエンジンの出力比率が所定以下である場合であっても、好適なる制御モードの切替を実現できる。

・上記実施形態では、複数の制御モードを実現する構成として、制御モードごとに、エンジン制御量を算出するための制御量マップを用意しておく構成を開示したが、これを変更する。例えば、基本制御量マップを各モード共通にするとともに、その基本制御量に対して、制御モードごとに各々異なる補正を付与する構成であってもよい。本構成によっても、エンジンの熱効率特性が各々異なる複数の制御モードを実現できる。

・エンジンの熱効率特性を異ならせるためのエンジン制御として、エンジンの点火遅角、吸気バルブの早開き、排気バルブの遅開きにより廃熱量を増加させる構成を開示したが、他の構成を採用することも可能である。例えば、ノックに余裕がある領域で点火時期を過進角させることでエンジンの熱効率を低下させる（廃熱量を増加させる）構成、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガス量（外部ＥＧＲ量）を増減させることでエンジンの熱効率を低下させる（廃熱量を増加させる）構成、エンジン吸気流を制御することでエンジンの熱効率を低下させる（廃熱量を増加させる）構成を用いることも可能である。吸気流制御に関して具体的には、吸気管に設けられる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。さらに、電動ウォータポンプによる流量制御を行うことでエンジンの熱効率を低下させる（廃熱量を増加させる）構成を用いることも可能である。

・エンジンの熱効率特性を各々異なるための制御手段として、エンジン制御以外のものを採用してもよい。例えば、自動変速機のシフト制御を実施することによりエンジンの熱効率特性を変更するものであってもよい。この場合、自動変速機のシフト制御として、複数の制御モードが定められているとよい。また、ターボチャージャの過給圧制御によりエンジンの熱効率特性を変更する構成、インタークーラの冷却水の流量制御によりエンジンの熱効率特性を変更する構成とすることも可能である。ディーゼルエンジンを備えるエンジンシステムにも適用可能である。

・制御モードの切替を実施する条件として、外気温や車室温等の温度条件を盛り込むことも可能である。例えば、外気温が所定値以下でありかつ外気温と車室温との差が所定値以下（車室温−外気温≦所定値）であること、目標車室温と実車室温との差が所定値以上（目標車室温−実車室温≧所定値）であること、外気温又は車室温が所定値以下でかつエンジン始動から所定時間以内であることのいずれかが成立する場合に、制御モードの切替を許可する構成とする。こうして温度条件を盛り込むことにより、暖房等の空調を好適に実施し、快適性の向上を図ることができる。

・熱利用要求としては、暖房要求や触媒暖機要求以外に、車載バッテリの昇温要求など、車載部品の昇温要求が含まれる。例えば、車両の走行用モータの電源装置として高電圧バッテリが搭載されている場合において、高電圧バッテリによる電力供給の安定化を図るには当該バッテリを所定温度に保持することが考えられる。かかる場合、夜間や冬季の車両走行時において外気温が低温になると熱利用要求としてバッテリ昇温要求が生じ、そのバッテリ昇温要求に応えるべく、いずれかの制御モードによるエンジン制御等が実施される。

・上記第１の実施形態において、複数の制御モードのうち少なくともいずれかとして、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オーバーラップ量を変更するオーバーラップ量制御と、点火時期制御において点火時期を進角させる点火進角制御とを実施することにより熱効率を低下させる（廃熱量を増加させる）構成とする。例えば、上記第１の実施形態において、第２，第３制御モードの少なくともいずれかを、上記のオーバーラップ量制御及び点火進角制御を実施するものとしたり、あるいは、上記第３の実施形態における最大オーバーラップ廃熱制御及び最進角廃熱制御により廃熱制御を実施したりする構成とする。こうすることにより、廃熱増加の実施に際し、エンジン熱効率の低下を極力抑制することができ、ひいては燃費悪化を抑制することができる。

・上記第３の実施形態において、点火時期を最高効率時期（ＭＢＴ又はその付近）よりも進角側に制御する進角余裕があるか否かを判定し、進角余裕があると判定される場合に、第２制御モードにおいて、バルブオーバーラップ量制御＋点火進角制御による廃熱制御を実施する。これに対し、進角余裕が存在しないときには、第２制御モードにおいて、オーバーラップ量を増加側に変更し、かつ点火時期を、増加側に変更後のオーバーラップ量での最高効率時期よりも遅角側に変更する。

点火時期がＭＢＴよりも遅角側では、点火時期を遅角側にするほど多くの廃熱量が発生する。また、本発明者らの知見によれば、点火時期がＭＢＴよりも遅角側では、進角側の場合と同様に、オーバーラップ量が多いほど燃費良好になる。したがって、上記構成とすることにより、点火時期の進角余裕がない場合において、エンジン廃熱量を増加させることに伴うエンジン熱効率の低下を極力抑えることができる。

・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、エンジン廃熱量の増加に伴う燃費悪化が抑制される。その点に鑑み、点火時期の進角余裕に応じて廃熱制御を実施する構成において、進角余裕が存在しない場合には廃熱量の増加を実施しない構成としてもよい。換言すれば、熱利用要求があった場合、点火時期の進角余裕が存在する場合に限って第１制御モードから第２制御モードに切り替える構成とする。このときのモード切替は、エンジン運転状態が高負荷域から低負荷域に移行するタイミングで実施する。

・上記第３の実施形態について、第２制御モードにおいて、バルブオーバーラップ量制御＋点火進角制御による廃熱制御ではエンジン廃熱量が不足する場合、すなわち点火時期を、それぞれのバルブオーバーラップ量に対応する最進角時期まで変更しても要求熱量に見合うエンジン廃熱量を得ることができない場合に、点火時期をＭＢＴよりも遅角側にして廃熱制御を実施する。このとき、要求熱量を満足できない場合に、オーバーラップ量を増加側に変更し、かつ点火時期を、増加側に変更後のオーバーラップ量での最高効率時期よりも遅角側に変更する。この構成は、点火時期をＭＢＴよりも遅角側にした場合に回収可能なエンジン廃熱量の最大値が、進角側にした場合の最大値よりも大きい場合に有効である。

・上記第３の実施形態において第２制御モードによる廃熱増加を実施する場合、最大オーバーラップ廃熱制御又は最進角廃熱制御により発生熱量を徐々に増加することにより、エンジン廃熱量を熱利用要求に見合う熱量（最終的に発生させるべき熱量）まで増加させる。すなわち、最大オーバーラップ量での点火時期特性（Ｒ１）、及び各オーバーラップ量に対応する最進角時期での点火時期特性（Ｒ２）を利用して、発熱量を徐々に増加させる。

・上記第３の実施形態における最大オーバーラップ廃熱制御では、オーバーラップ量を最大値ＶＭＡＸとし、かつ点火時期を最高効率時期よりも進角側に変更することによりエンジン廃熱量を増加させる構成としたが、オーバーラップ量については、熱量増加前よりも増加側の値であれば最大値ＶＭＡＸよりも小さくてもよい。

・上記第３の実施形態において、第２制御モードでは、最大オーバーラップ廃熱制御及び最進角廃熱制御によってエンジン廃熱量を増加させる構成としたが、最大オーバーラップ廃熱制御及び最進角廃熱制御のいずれかのみを実施することによりエンジン廃熱量を増加させる構成としてもよい。

・図１０及び図１１では、廃熱制御において、排気側バルブ駆動機構１９によって排気バルブの開弁期間を制御することでバルブオーバーラップ量を変更することについて説明したが、バルブ駆動機構１８によって吸気バルブの開弁期間を変更することでバルブオーバーラップ量を変更する構成としてもよい。あるいは、バルブ駆動機構１８，１９によって吸気バルブの開弁期間及び排気バルブの開弁期間を制御することでバルブオーバーラップ量を変更する構成としてもよい。

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、３３…循環経路、３５…ヒータコア、４０…ＥＣＵ（廃熱制御手段、モード切替手段、オーバーラップ量制御手段、点火制御手段、第１制御手段、第２制御手段）、４４…自動変速機、４５…ロックアップ機構。

Claims (10)

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おいて、
   エンジンの運転領域ごとに設定されたエンジンの熱効率特性の組み合わせを各々異なるものとする複数の制御モードが定められた廃熱制御手段と、
   前記熱利用要求に基づいてエンジンの廃熱量を増加又は減少させるべく前記制御モードを切り替える際に、前記熱利用要求の発生タイミング又は解消タイミングに対して前記制御モードの切替を遅延させて実施するモード切替手段と、
   を備え、
   前記モード切替手段は、前記制御モードの切替の前後で前記熱効率特性が同じになるエンジンの運転領域で、又は同熱効率特性が異なるエンジンの運転領域への移行タイミングで、前記制御モードの切替を実施することを特徴とするエンジンの廃熱制御装置。
2. 前記エンジンの運転領域においていずれかの運転領域で２以上の制御モードの熱効率特性が同じになっており、
   前記モード切替手段は、前記熱利用要求の発生後又は解消後において、２以上の制御モードの熱効率特性が同じになる運転領域で、熱効率特性が同じ制御モード間にて該制御モードの切替を実施する請求項１に記載のエンジンの廃熱制御装置。
3. エンジンの高負荷域では前記複数の制御モードのうち２以上の制御モードの熱効率特性が同じであり、
   前記モード切替手段は、エンジン運転状態が前記高負荷域にある場合に、前記制御モードの切替を実施する請求項２に記載のエンジンの廃熱制御装置。
4. 複数の熱効率特性のうち１つの熱効率特性の実行域として定められた第１運転領域と、複数の熱効率特性のうち２以上の熱効率特性の実行域として定められた第２運転領域とが隣り合う運転領域として設定されており、
   前記モード切替手段は、前記熱利用要求の発生後又は解消後において、前記第１運転領域から前記第２運転領域にエンジン運転状態が移行するタイミング、又は前記第２運転領域から前記第１運転領域にエンジン運転状態が移行するタイミングで、前記熱利用要求に応じて前記制御モードの切替を実施する請求項１に記載のエンジンの廃熱制御装置。
5. エンジンの高負荷域が前記第１運転領域であり、前記高負荷域よりも低負荷の領域が前記第２運転領域である請求項４に記載のエンジンの廃熱制御装置。
6. 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エンジン運転状態に基づいて制御するオーバーラップ量制御手段と、
   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で前記エンジンの点火時期を制御する点火制御手段と、を備え、
   前記廃熱制御手段は、
   前記複数の制御モードの少なくともいずれかにおいて、前記オーバーラップ量を増加側に変更するオーバーラップ増加制御と、前記点火時期を、前記増加側への変更後のオーバーラップ量に対応する前記最高効率時期よりも進角側に変更する点火進角制御とを実施する請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエンジンの廃熱制御装置。
7. 前記廃熱制御手段は、
   前記オーバーラップ増加制御として、前記オーバーラップ量を、前記点火時期を進角限界である最進角時期とした場合の前記エンジンの燃料消費量が最小となる最高効率オーバーラップ量に制御し、かつ前記点火進角制御として、前記点火時期を、前記熱利用要求による要求熱量に応じて、前記最高効率オーバーラップ量に対応する最高効率時期よりも進角側に制御する第１制御手段と、
   前記オーバーラップ量を、前記最高効率オーバーラップ量よりも小さいオーバーラップ量に制御し、かつ前記点火時期を、変更後のオーバーラップ量に対応する最進角時期で制御する第２制御手段と、を有し、
   前記複数の制御モードの少なくともいずれかにおいて、その１つの制御モード内において、前記要求熱量に基づいて前記第１制御手段と前記第２制御手段とを切り替えて実施する請求項６に記載のエンジンの廃熱制御装置。
8. 前記モード切替手段は、エンジンでの燃料の燃焼を一時的に休止する場合に、前記制御モードの切替を実施する請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエンジンの廃熱制御装置。
9. 駆動源としてエンジンと電動機とを有する車両に適用され、
   前記モード切替手段は、前記電動機に対する前記エンジンの出力比率が所定以下である場合に、前記制御モードの切替を実施する請求項１乃至８のいずれか一項に記載のエンジンの廃熱制御装置。
10. 前記モード切替手段は、前記エンジンが搭載される車両において同車両が加速状態、減速状態のいずれかである場合、前記エンジンの出力軸に連結された自動変速機が変速動作中である場合、前記エンジンと自動変速機との間に設けられたロックアップ機構がロックアップオフ状態である場合のいずれかで、前記制御モードの切替を実施する請求項１乃至９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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