JP6426658B2 - 車両の蓄熱放熱システム - Google Patents

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Description

この発明は、車両の蓄熱放熱システムに関する。
本発明者らは既に、特許文献１（国際公開第２０１５／０５０２６９号）や非特許文献１（S Ohkoshi et al, “External stimulation-controllable heat-storage ceramics”, Nature Communications 6, 2015, Article number: 7037, Doi: 10.1038/ncomms8037）に、Ｔｉ３Ｏ５の組成を有するものの、一般的な酸化チタンとは異なる結晶構造となる新型の酸化チタン（以下、「新型酸化チタン」ともいう。）を開示している。
新型酸化チタンは、約４６０Ｋよりも低い温度域において金属的な性質を有する単斜晶系のλ相となり得るものである。また、新型酸化チタンの結晶構造は、特徴的な相転移をする。すなわち、結晶構造がλ相にある場合には、新型酸化チタンの温度を約４６０Ｋよりも低い温度まで下げたとしてもλ相を維持し、その一方で、新型酸化チタンに所定圧力よりも高い圧力が印加されたときに、λ相からβ相に相転移する。また、結晶構造がβ相に相転移した後、新型酸化チタンの温度を約４６０Ｋよりも高い温度まで上げた場合、または特定波長の放熱光を新型酸化チタンに照射した場合にβ相からλ相に相転移する。
また、この新型酸化チタンは、相転移に際して興味深い熱特性を示す。すなわち、λ相からβ相への相転移に際しては外部に熱を放出し、β相からλ相への相転移に際しては外部の熱を蓄える。そして、特許文献１には、このような熱特性を利用可能なシステムとして、液体状の蓄熱放熱材に熱を与える蓄熱装置と、蓄熱放熱材から熱を放出させ、これにより得られた熱を利用する機関に送出する放熱装置と、蓄熱装置と放熱装置とを連結する流路とを備える蓄熱放熱システムが開示されている。
国際公開第２０１５／０５０２６９号
S Ohkoshi et al, "External stimulation-controllable heat-storage ceramics", Nature Communications 6, 2015, Article number: 7037, Doi: 10.1038/ncomms8037
しかし、特許文献１に開示された蓄熱放熱システムは、内燃機関を搭載した車両を前提としたものではない。故に、このような車両を前提としたときの具体的構成については、検討の余地がある。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、新型酸化チタンの熱特性を利用した蓄熱放熱システムを、内燃機関が搭載された車両において実用化することにある。
本発明に係る車両の蓄熱放熱システムは、循環流路と、蓄熱放熱材と、圧力制御部と、を備えている。前記循環流路には、車両に搭載される内燃機関およびその関連部品を経由しながら流れる熱媒体が循環する。前記蓄熱放熱材は、前記循環流路を流れる熱媒体と熱交換可能な箇所に設けられると共に、Ｔｉ３Ｏ５の組成を有する酸化チタンを含む蓄熱放熱材であって、前記酸化チタンは、結晶構造がβ相のときに所定の蓄熱温度以上に加熱されることでλ相に相転移して外部の熱を蓄え、結晶構造がλ相のときに前記蓄熱温度未満まで冷却されたとしてもβ相に相転移せず、所定の放熱圧力以上の圧力が印加されたときにβ相に相転移して外部に熱を放出する特性を有している。前記圧力制御部は、前記内燃機関の始動時に、前記循環流路のうちの前記蓄熱放熱材の設置箇所を流れる熱媒体から前記蓄熱放熱材が受ける圧力が前記放熱圧力以上となるように、前記設置箇所の圧力を上昇させる。
本発明に係るシステムにおいて、前記蓄熱放熱材は、前記内燃機関の排気通路に設けられた蓄熱放熱部に内蔵されている。前記圧力制御部は、前記循環流路のうちの前記内燃機関のウォータージャケットの熱媒体出口から、前記蓄熱放熱部の熱媒体入口までの間に設けられて前記蓄熱放熱部の熱媒体入口に向けて熱媒体を吐き出す機関出口側ポンプと、前記循環流路のうちの前記蓄熱放熱部の熱媒体出口から前記ウォータージャケットの熱媒体入口までの間に設けられた制御弁と、前記制御弁の開度および前記機関出口側ポンプから吐き出す熱媒体の吐出圧力を調整することで前記設置箇所の圧力を調整する圧力調整部と、を備えている。また、前記圧力調整部は、前記吐出圧力を一定圧に調整すると共に、前記設置箇所の圧力を上昇させるときには前記蓄熱放熱部の熱媒体出口から前記ウォータージャケットの熱媒体入口への熱媒体の流れを遮断するように前記開度を調整し、前記設置箇所の圧力を上昇させた後は、前記制御弁による遮断を解除するように前記開度を調整する。
前記内燃機関の始動時に、前記循環流路のうちの前記蓄熱放熱材の設置箇所を流れる熱媒体から前記蓄熱放熱材が受ける圧力が前記放熱圧力以上となるように、前記設置箇所の圧力を上昇させると、前記酸化チタンの結晶構造がλ相のときにはλ相からβ相への相転移に伴い前記酸化チタンから熱媒体に熱が移動するので熱媒体が温められる。温められた熱媒体が前記循環流路を流れることで、前記内燃機関およびその関連部品が温められる。 前記設置箇所の圧力を上昇させるときに、前記吐出圧力を一定圧に調整すると共に、前記蓄熱放熱部の熱媒体出口から前記ウォータージャケットの熱媒体入口への熱媒体の流れを遮断するように前記開度を調整することで、前記機関出口側ポンプよりも下流側、かつ、前記制御弁よりも上流側を流れる熱媒体に、前記蓄熱放熱材に蓄えられていた排気ガス由来の熱が集中的に移動する。また、前記設置箇所の圧力を上昇させた後、前記吐出圧力を一定圧に調整すると共に、前記制御弁による遮断を解除するように前記開度を調整することで、集中的に温めた熱媒体が前記制御弁の下流側を流れて前記ウォータージャケットに流入し、前記内燃機関を温める。
本発明に係るシステムにおいて、前記圧力制御部は、前記設置箇所を流れる熱媒体から前記蓄熱放熱材が受ける圧力が前記放熱圧力以上となるように前記設置箇所の圧力を上昇させた後、前記設置箇所を流れる熱媒体から前記蓄熱放熱材が受ける圧力が前記放熱圧力未満となるように、前記設置箇所の圧力を低下させてもよい。
前記酸化チタンの結晶構造がλ相のときに、前記設置箇所を流れる熱媒体から前記蓄熱放熱材が受ける圧力が前記放熱圧力以上となることでβ相への相転移が始まる。λ相からβ相への相転移は短時間で完了することから、前記設置箇所の圧力が前記放熱圧力以上となることでこの相転移が完了し、前記酸化チタンから熱媒体への熱移動が起こることになる。前記設置箇所を流れる熱媒体から前記蓄熱放熱材が受ける圧力が前記放熱圧力以上となるように前記設置箇所の圧力を上昇させた後、前記設置箇所を流れる熱媒体から前記蓄熱放熱材が受ける圧力が前記放熱圧力未満となるように前記設置箇所の圧力を低下させることで、前記酸化チタンから熱媒体への熱移動に要するエネルギが抑えられる。
本発明に係るシステムにおいて、前記蓄熱放熱材を、前記内燃機関で発生した熱を受け取り可能な箇所に設けてもよい。この場合、前記圧力制御部は、前記酸化チタンの結晶構造がβ相にあると判定された場合、前記設置箇所の圧力を上昇させる前に、前記設置箇所を流れる熱媒体から前記蓄熱放熱材が受ける圧力が前記放熱圧力未満となるように前記設置箇所の圧力を制御してもよい。
前記酸化チタンの結晶構造がβ相にあると判定された場合、前記設置箇所の圧力を上昇させる前に、前記設置箇所を流れる熱媒体から前記蓄熱放熱材が受ける圧力が前記放熱圧力未満となるように前記設置箇所の圧力を制御することで、前記内燃機関で発生した熱が前記蓄熱放熱材に移動する。
本発明に係るシステムにおいて、前記圧力制御部が、前記機関出口側ポンプと前記制御弁と前記圧力調整部とを備える場合、前記圧力調整部は、前記ウォータージャケットの熱媒体出口における熱媒体の温度が所定の判定温度未満であると判定されてからの所定の放熱期間に亘り、前記蓄熱放熱部の熱媒体出口から前記ウォータージャケットの熱媒体入口への熱媒体の流れを遮断するように前記開度を調整し、前記放熱期間の終了までに前記設置箇所における熱媒体の温度が前記判定温度以上に上昇したと判定された場合に、前記制御弁による遮断を解除するように前記開度を調整してもよい。
前記ウォータージャケットの熱媒体出口における熱媒体の温度が所定の判定温度未満であると判定されてからの所定の放熱期間に亘り、前記蓄熱放熱部の熱媒体出口から前記ウォータージャケットの熱媒体入口への熱媒体の流れを遮断することで、前記放熱期間において、前記機関出口側ポンプよりも下流側、かつ、前記制御弁よりも上流側を流れる熱媒体に集中的に排気ガス由来の熱が移動する。また、前記放熱期間の終了までに前記設置箇所における熱媒体の温度が前記判定温度以上に上昇したと判定された場合に、前記制御弁による遮断を解除することで、前記判定温度以上に温まった熱媒体が前記制御弁の下流側を流れて前記ウォータージャケットに流入し、前記内燃機関を温める。
本発明に係るシステムが、前記循環流路に設けられて前記ウォータージャケットの熱媒体入口に向けて熱媒体を吐き出す機関入口側ポンプと、前記内燃機関の始動時に、前記ウォータージャケットの熱媒体出口における熱媒体の温度が前記判定温度以上に上昇したと判定されるまでの間、前記機関入口側ポンプからの熱媒体の吐き出しを一時的に停止させる吐出停止部と、を備え、尚且つ、前記圧力制御部が、前記機関出口側ポンプと前記制御弁と前記圧力調整部とを備える場合、前記圧力調整部は、前記放熱期間の終了までに前記設置箇所における熱媒体の温度が前記判定温度以上に上昇したと判定された場合であっても、前記吐出停止部によって前記機関入口側ポンプからの熱媒体の吐き出しが停止されている間は、前記制御弁による遮断の解除を待機してもよい。
前記放熱期間の終了までに前記設置箇所における熱媒体の温度が前記判定温度以上に上昇したと判定された場合であっても、前記吐出停止部によって前記機関入口側ポンプからの熱媒体の吐き出しが停止されている間は、前記制御弁による遮断の解除を待機することで、前記機関入口側ポンプからの熱媒体の吐き出しの一時停止が終了したときに、前記判定温度以上に温まった熱媒体が前記制御弁の下流側を流れて前記ウォータージャケットに流入し、前記内燃機関を温める。
本発明に係るシステムにおいて、前記圧力制御部が、前記機関出口側ポンプと前記制御弁と前記圧力調整部とを備える場合、前記圧力調整部は、前記ウォータージャケットの熱媒体出口における熱媒体の温度が所定の判定温度未満であると判定されてからの所定の放熱期間に亘り、前記蓄熱放熱部の熱媒体出口から前記ウォータージャケットの熱媒体入口への熱媒体の流れを遮断するように前記開度を調整し、前記放熱期間の終了までに前記設置箇所における熱媒体の温度が前記判定温度以上に上昇していないと判定された場合に、前記蓄熱放熱材に異常が発生していると判定してもよい。
本発明に係る別の車両の蓄熱放熱システムは、循環流路と、蓄熱放熱材と、圧力制御部と、を備えている。前記循環流路には、車両に搭載される内燃機関およびその関連部品を経由しながら流れる熱媒体が循環する。前記蓄熱放熱材は、前記循環流路を流れる熱媒体と熱交換可能な箇所に設けられると共に、Ｔｉ ３ Ｏ ５ の組成を有する酸化チタンを含む蓄熱放熱材であって、前記酸化チタンは、結晶構造がβ相のときに所定の蓄熱温度以上に加熱されることでλ相に相転移して外部の熱を蓄え、結晶構造がλ相のときに前記蓄熱温度未満まで冷却されたとしてもβ相に相転移せず、所定の放熱圧力以上の圧力が印加されたときにβ相に相転移して外部に熱を放出する特性を有している。前記圧力制御部は、前記内燃機関の始動時に、前記循環流路のうちの前記蓄熱放熱材の設置箇所を流れる熱媒体から前記蓄熱放熱材が受ける圧力が前記放熱圧力以上となるように、前記設置箇所の圧力を上昇させる。
本発明に係る別のシステムにおいて、前記蓄熱放熱材は、前記内燃機関の排気通路に設けられた蓄熱放熱部に内蔵された第１蓄熱放熱材と、前記内燃機関のウォータージャケットに内蔵された第２蓄熱放熱材と、を備えている。前記圧力制御部は、前記循環流路のうちの前記内燃機関のウォータージャケットの熱媒体出口から、前記蓄熱放熱部の熱媒体入口までの間に設けられて前記蓄熱放熱部の熱媒体入口に向けて熱媒体を吐き出す機関出口側ポンプと、前記循環流路のうちの前記蓄熱放熱部の熱媒体出口から前記ウォータージャケットの熱媒体入口までの間に設けられた第１制御弁と、前記第１制御弁の開度および前記機関出口側ポンプから吐き出す熱媒体の第１吐出圧力を調整することで前記第１蓄熱放熱材が設置された箇所の圧力を調整する第１圧力調整部と、前記ウォータージャケットの熱媒体入口に向けて熱媒体を吐き出す機関入口側ポンプと、前記ウォータージャケットの熱媒体出口に設けられた第２制御弁と、前記第２制御弁の開度および前記機関入口側ポンプから吐き出す熱媒体の第２吐出圧力を調整することで前記第２蓄熱放熱材が設けられた箇所の圧力を調整する第２圧力調整部と、を備えている。また、前記第１圧力調整部は、前記第１吐出圧力を一定圧に調整すると共に、前記第１蓄熱放熱材が設置された箇所の圧力を上昇させるときには前記蓄熱放熱部の熱媒体出口から前記ウォータージャケットの熱媒体入口への熱媒体の流れを遮断するように前記第１制御弁の開度を調整し、前記第１蓄熱放熱材が設置された箇所の圧力を上昇させた後は、前記第１制御弁による遮断を解除するように前記第１制御弁の開度を調整する。更に、前記第２圧力調整部は、前記第２吐出圧力を一定圧に調整すると共に、前記第２蓄熱放熱材が設置された箇所の圧力を上昇させるときには前記第２制御弁の下流側への熱媒体の流れを遮断するように前記第２制御弁の開度を調整し、前記第２蓄熱放熱材が設置された箇所の圧力を上昇させた後は、前記第２制御弁による遮断を解除するように前記第２制御弁の開度を調整する。
本発明に係る車両の蓄熱放熱システムによれば、新型酸化チタンの熱特性を利用した蓄熱放熱システムを、内燃機関が搭載された車両において実用化することができる。
本発明の実施の形態１に係る蓄熱放熱システムの全体構成を示す概略図である。 図１に示した廃熱回収・放出装置５０の斜視図である。 図１に示した廃熱回収・放出装置５０の断面図である。 新型酸化チタンの温度を変化させたときの熱流量の変化を示した図である。 常温において結晶構造がλ相にある新型酸化チタンに約６０ＭＰａの圧力を印加したときの熱流量の変化を示した図である。 内燃機関１０の始動時における冷却水の流れを説明する図である。 本発明の実施の形態１においてＥＣＵ６０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る蓄熱放熱システムの全体構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態２において、蓄熱放熱材５８に放熱動作を行わせる場合における制御概要を説明するタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２においてＥＣＵ６０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る蓄熱放熱システムの全体構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態４においてＥＣＵ６０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態５に適用される廃熱回収・放出装置５０の断面図である。 本発明の実施の形態５においてＥＣＵ６０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態６に適用される内燃機関１０の構成を示す概略図である。 図１５の線Ａ−Ａでの縦断面図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
先ず、図１乃至図７を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
［蓄熱放熱システムの構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１に係る蓄熱放熱システムの全体構成を示す概略図である。図１に示す蓄熱放熱システム１は車両に搭載されるシステムであり、当該車両の動力源としての直列４気筒型の内燃機関１０を備えている。但し、内燃機関１０の気筒数および気筒配列はこれに限定されない。また、内燃機関１０の燃焼方式も特に限定されない。
内燃機関１０の本体（シリンダブロックやシリンダヘッド）には、冷却水（熱媒体）を流すためのウォータージャケット１２が形成されている。冷却水がウォータージャケット１２を流れると、冷却水と内燃機関１０との間で熱交換が行われる。
ウォータージャケット１２の冷却水出口１２ｂには、流路１６が接続されている。流路１６は、ラジエータ２０の冷却水入口２０ａに接続されている。冷却水がラジエータ２０の内部を流れると、外気と冷却水との間で熱交換が行われる。ラジエータ２０の冷却水出口２０ｂは、流路２２を介して機械式ＷＰ２４の冷却水入口２４ａに接続されている。機械式ＷＰ２４は、内燃機関１０の駆動力がベルトを介して伝達されることによって駆動するウォーターポンプである。機械式ＷＰ２４の冷却水出口２４ｂは、ウォータージャケット１２の冷却水入口１２ａに接続されている。
流路２２の途中には、サーモスタット２６が設けられている。サーモスタット２６は、例えば冷却水の温度の高低に応じて膨張、収縮するサーモワックスを駆動源としてバルブを駆動する装置である。より詳細に述べると、サーモスタット２６は、これに流入する冷却水の温度が比較的低い場合（例えば冷却水の温度が８０℃未満の場合）、ラジエータ２０の内部を流れた冷却水が冷却水出口２０ｂから冷却水入口２４ａに流入しないようにバルブを駆動する。また、サーモスタット２６は、これに流入する冷却水の温度が比較的高い場合（例えば冷却水の温度が８０℃以上の場合）、ラジエータ２０の内部を流れた冷却水が冷却水出口２０ｂから冷却水入口２４ａに流入するようにバルブを駆動する。
また、流路１６の途中には流路１８が接続されている。流路１８には電動式ＷＰ１４が設けられている。電動式ＷＰ１４は、回転により冷却水を送液するインペラと、このインペラを回転させるモーターとを備えるウォーターポンプである。モーターの回転を電気的に制御することで、電動式ＷＰ１４から吐き出される冷却水の圧力（以下、「電動式ＷＰ１４からの冷却水の吐出圧力」ともいう。）が変更される。
ウォータージャケット１２および流路１６，１８，２２は、蓄熱放熱システム１が備える冷却水循環流路の一部を構成している。冷却水循環流路を構成する他の流路には、流路２８，３０が含まれる。流路２８，３０の両者は何れも、流路１６の途中で流路１８同様に分岐している。流路２８は、ヒーター３２の冷却水入口３２ａに接続されている。ヒーター３２の内部に冷却水が流れると、車内暖房用空気と冷却水との間で熱交換が行われる。ヒーター３２の冷却水出口３２ｂは、流路３４を介してサーモスタット２６よりも下流側の流路２２に接続されている。
流路３０はスロットルボディ３６の冷却水入口３６ａに接続されている。スロットルボディ３６の内部に冷却水が流れると、冷却水とスロットルボディ３６との間で熱交換が行われる。スロットルボディ３６の冷却水出口３６ｂは、流路３８を介してヒーター３２よりも下流側の流路３４に接続されている。流路３０の途中には、スロットルボディ３６を迂回してヒーター３２よりも下流側の流路３４と接続される流路４０が接続されている。流路３４の途中には、流路３４の一部を迂回する流路４２が接続されている。流路４２には、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）ウォーマー４４が設けられている。ＣＶＴウォーマー４４の内部に冷却水が流れると、内燃機関１０の出力軸に接続されたＣＶＴを作動するための潤滑油と、冷却水との間で熱交換が行われる。
冷却水循環流路を構成する他の流路には、流路４６，４８が更に含まれる。流路４６は、電動式ＷＰ１４の冷却水出口１４ｂと、廃熱回収・放出装置５０の冷却水入口５０ａとを接続する。流路４８は、廃熱回収・放出装置５０の冷却水出口５０ｂと、流路２２とを接続する。流路２２において、流路４８が流路２２に接続される箇所は、流路３４が流路２２に接続される箇所よりも下流側に位置している。廃熱回収・放出装置５０は、内燃機関１０の排気通路５２に設けられている。排気通路５２において、廃熱回収・放出装置５０が設けられる箇所は、触媒５４（一例として三元触媒）が設けられる箇所よりも下流側に位置している。廃熱回収・放出装置５０は、排気ガスおよび冷却水と熱交換可能な蓄熱放熱材（後述）を内蔵している。廃熱回収・放出装置５０の構成と、廃熱回収・放出装置５０での熱交換については後述する。
図１に示す蓄熱放熱システム１は、更に、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)６０を備えている。ＥＣＵ６０は、少なくとも入出力インタフェースとメモリとＣＰＵとを備えている。入出力インタフェースは、各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、アクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられる。ＥＣＵ６０が信号を取り込むセンサには、冷却水出口１２ｂ付近の流路１６に設けられた温度センサ６２と、廃熱回収・放出装置５０に設けられた温度センサ６４と、が少なくとも含まれる。温度センサ６２は、冷却水出口１２ｂ付近における冷却水の温度Ｔｈｗ１を検出するセンサであり、温度センサ６４は、廃熱回収・放出装置５０が内蔵する蓄熱放熱材の温度Ｔｓを検出するセンサである。ＥＣＵ６０が操作信号を出すアクチュエータには、上述した電動式ＷＰ１４のモーターが少なくとも含まれる。メモリには、後述する蓄熱放熱ルーチンを定めた制御プログラム、各種マップ等が記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて操作信号を生成する。
図２は、図１に示した廃熱回収・放出装置５０の斜視図であり、図３は、図１に示した廃熱回収・放出装置５０の断面図である。図２に示すように、廃熱回収・放出装置５０は、円筒状の本体５０ｃと、本体５０ｃの中心軸方向の両端に設けられたガス入口５０ｄおよびガス出口５０ｅと、を備えている。上述した冷却水入口５０ａおよび冷却水出口５０ｂは、本体５０ｃの周方向の側面に設けられている。図３に示すように、廃熱回収・放出装置５０の内部には、流路５０ｆ、ガス流路５０ｇおよびガス流路５０ｈが形成されている。流路５０ｆは、図２に示した冷却水入口５０ａおよび冷却水出口５０ｂと接続されている。ガス流路５０ｇは、ガス入口５０ｄおよびガス出口５０ｅと接続されている。ガス流路５０ｈは、ガス入口５０ｄおよびガス出口５０ｅと接続されている。
図３の右側に示すように、ガス流路５０ｈの流路壁には、電磁バルブ５６が設けられている。電磁バルブ５６は常開（ノーマル・オープン）のバルブであり、ＥＣＵ６０が操作信号を出すアクチュエータに含まれる。図３の左側には、電磁バルブ５６が開状態にある場合が描かれている。図３の左側に示すように、電磁バルブ５６が開状態にある間、ガス入口５０ｄから流入した排気ガスは、ガス流路５０ｇを流れてガス出口５０ｅに向かう。一方、図３の右側には電磁バルブ５６が閉状態にある場合が描かれている。図３の右側に示すように、電磁バルブ５６が閉状態にある間、ガス入口５０ｄから流入した排気ガスは、ガス流路５０ｇからガス流路５０ｈに流入し、その後、ガス出口５０ｅに向かう。
また、図３に示すように、廃熱回収・放出装置５０の内部には、蓄熱放熱材５８が設けられている。蓄熱放熱材５８は、流路５０ｆを流れる冷却水、および、ガス流路５０ｈを流れる排気ガスと熱交換可能に設けられており、上述した新型酸化チタンを含んでいる。そのため、蓄熱放熱材５８は、新型酸化チタンの結晶構造に応じて流路５０ｆを流れる冷却水に熱を放出し、または、ガス流路５０ｈを流れる排気ガスから熱を受け取ることができる。
［新型酸化チタンの結晶構造と熱特性］
ここで、新型酸化チタンの結晶構造と熱特性について、図４乃至図５を参照して簡単に説明する。図４は、新型酸化チタンの温度を変化させたときの熱流量の変化を示した図である。新型酸化チタンは、半導体的な性質を示すβ相と、金属的な性質を有する単斜晶系のλ相との間で結晶構造が相転移し得るものである。図４から理解できるように、結晶構造がβ相にある新型酸化チタン（β−Ｔｉ３Ｏ５）の温度を上げていくと、約４６０Ｋにおいて結晶構造がλ相に相転移すると共に、外部の熱を蓄える。一方、結晶構造がλ相にある新型酸化チタン（λ−Ｔｉ３Ｏ５）の温度を下げていった場合には、約４６０Ｋよりも低い温度まで下げたとしてもλ相を維持し、外部への熱の放出はない。
図５は、常温において結晶構造がλ相にある新型酸化チタンに約６０ＭＰａの圧力を印加したときの熱流量の変化を示した図である。なお、圧力の印加は時刻ｔ＝０において行われている。図５から理解できるように、常温において結晶構造がλ相にある新型酸化チタン（λ−Ｔｉ３Ｏ５）に約６０ＭＰａの圧力を印加すると、結晶構造がβ相に相転移すると共に、外部に熱を放出する。このように、新型酸化チタンは、結晶構造が一旦λ相になると、温度が下がっても外部に熱を放出せず、約６０ＭＰａの圧力が印加されることではじめて外部に熱を放出するという興味深い熱特性を有している。因みに、ここで説明した新型酸化チタンの結晶構造や熱特性の詳細は、特許文献１または非特許文献１に開示されている。
図４乃至図５の説明を踏まえると、図３に示した蓄熱放熱材５８では、新型酸化チタンの結晶構造に応じて次のような熱移動が起こることが分かる。すなわち、新型酸化チタンの結晶構造がλ相である場合に、流路５０ｆを流れる冷却水から蓄熱放熱材５８が受ける圧力が所定の圧力ＰＨＲ（約６０ＭＰａ）以上まで上昇したとき、蓄熱放熱材５８が蓄えていた熱が当該冷却水に放出される。新型酸化チタンの結晶構造がβ相である場合に、ガス流路５０ｈを流れる排気ガスの熱によって蓄熱放熱材５８の温度が所定の温度ＴＨＳ（約４６０Ｋ）以上まで上昇したときに、当該排気ガスの熱が蓄熱放熱材５８に蓄えられる。
［実施の形態１における蓄熱放熱動作］
本実施の形態では、上述した新型酸化チタンの熱特性を利用し、内燃機関１０の始動時に図３に示した蓄熱放熱材５８に蓄熱動作と放熱動作を行わせるべく、図１に示した電動式ＷＰ１４から吐き出される冷却水の圧力と、図３に示した電磁バルブ５６の開閉状態とをＥＣＵ６０で制御する。
電動式ＷＰ１４からの吐出圧力の制御は、具体的に次のように行われる。すなわち、蓄熱放熱材５８に蓄熱動作を行わせる場合は、冷却水循環流路内の圧力（より正確には、流路５０ｆ内の圧力）が圧力ＰＨＲ未満となるように、電動式ＷＰ１４からの冷却水の吐出圧力が調整される。また、蓄熱放熱材５８に放熱動作を行わせる場合は、冷却水循環流路内の圧力が圧力ＰＨＲ以上となるように、電動式ＷＰ１４からの冷却水の吐出圧力が調整される。
電磁バルブ５６の開閉状態の制御は、具体的に次のように行われる。すなわち、蓄熱放熱材５８に蓄熱動作を行わせる場合に、電磁バルブ５６が閉状態に制御される。内燃機関１０の始動直後であっても、内燃機関１０から排出される排気ガスの温度は約４６０Ｋ（約１８７℃）よりも高くなるので、電磁バルブ５６が閉状態に制御されることで、排気ガスの熱によって蓄熱放熱材５８の温度が温度ＴＨＳ以上まで上昇する。因みに、電磁バルブ５６は常開のバルブであることから、蓄熱放熱材５８に放熱動作を行わせる場合に電磁バルブ５６の制御は特段行わない。
図６は、内燃機関１０の始動時における冷却水の流れを説明する図である。内燃機関１０の始動時において、蓄熱放熱材５８から熱を受け取った温かい冷却水は、流路４８、流路２２の順に流れ、更に、機械式ＷＰ２４の駆動によってウォータージャケット１２に流入する。ウォータージャケット１２から流路１６に排出された冷却水は、流路１８，２８，３０の何れかに流入する。流路１８に流入した冷却水は、電動式ＷＰ１４に送られる。流路２８に流入した冷却水は、ヒーター３２、流路４２、ＣＶＴウォーマー４４（または流路３４）、流路２２の順に流れ、機械式ＷＰ２４に送られる。流路３０に流入した冷却水は、流路３８（または流路４０）、流路２２の順に流れ、機械式ＷＰ２４に送られる。
［実施の形態１における具体的処理］
図７は、本発明の実施の形態１においてＥＣＵ６０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。なお、この図に示すルーチン（蓄熱放熱ルーチン）は、車両の運転者により所定の操作（例えば、イグニッションキーを所定位置まで回す等の操作）がなされてイグニッションがオン（ＩＧ ＯＮ）にされた後、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
図７に示すルーチンでは、先ず、蓄熱モード履歴の有無が判定される（ステップＳ１００）。蓄熱モード履歴は、上述した蓄熱放熱材５８の蓄熱動作が完了したときにＥＣＵ６０のメモリに「有り」と記録されるものである。本ステップにおいてＥＣＵ６０は、メモリ内に蓄熱モード履歴があるか否かを検索する。その結果、蓄熱モード履歴が「無し」と判定された場合（“Ｎｏ”の場合）、蓄熱放熱材５８に含まれる新型酸化チタンの結晶構造がβ相であると判断できるので、ステップＳ１０２に進む。一方、蓄熱モード履歴が「有り」と判定された場合（“Ｙｅｓ”の場合）、新型酸化チタンの結晶構造がλ相であると判断できるので、ステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０２では、蓄熱放熱材５８に蓄熱動作を行わせるべく、電磁バルブ５６が閉状態とされると共に、流路５０ｆ内の圧力が圧力ＰＨＲ未満となるように、電動式ＷＰ１４からの冷却水の吐出圧力が調整される。続いて、蓄熱放熱材５８の温度Ｔｓと閾値Ｔ０について、Ｔｓ＞Ｔ０が成立するか否かが判定される（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６においてＥＣＵ６０は、温度センサ６４から温度Ｔｓを取得し、閾値Ｔ０と比較する。ここで、閾値Ｔ０は、温度ＴＨＳ以上の温度であり、予め設定されているものとする。比較の結果、Ｔｓ＞Ｔ０が成立しないと判定された場合（“Ｎｏ”の場合）、ＥＣＵ６０はステップＳ１０６に戻る。つまり、ステップＳ１０６においてＴｓ＞Ｔ０が成立すると判定されるまで、ステップＳ１０６の処理が繰り返される。
ステップＳ１０６においてＴｓ＞Ｔ０が成立すると判定された場合（“Ｙｅｓ”の場合）、蓄熱放熱材５８に含まれる新型酸化チタンの結晶構造がβ相からλ相に相転移したと判断できるので、ＥＣＵ６０はステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、電磁バルブ５６が開状態に戻される。なお、電動式ＷＰ１４からの冷却水の吐出圧力は、流路５０ｆ内の圧力が圧力ＰＨＲ未満となるよう引き続き調整される。続いて、ＥＣＵ６０のメモリに蓄熱モード履歴が「有り」と記録される（ステップＳ１１０）。
ステップＳ１０４では、冷却水出口１２ｂ付近の冷却水の温度Ｔｈｗ１と閾値Ｔ１について、Ｔｈｗ１＞Ｔ１が成立するか否かが判定される。ここで、閾値Ｔ１は、内燃機関１０の暖機が完了したと判断できる温度（例えば８０℃）であり、予め設定されているものとする。比較の結果、Ｔｈｗ１＞Ｔ１が成立すると判定された場合（“Ｙｅｓ”の場合）、蓄熱放熱材５８に放熱動作を行わせる必要はないと判断できるので、ＥＣＵ６０は本ルーチンを抜ける。一方、Ｔｈｗ１＞Ｔ１が成立しないと判定された場合（“Ｎｏ”の場合）、内燃機関１０を温める必要があると判断できる。そのため、蓄熱放熱材５８に放熱動作を行わせるべく、流路５０ｆ内の圧力が圧力ＰＨＲ以上となるように、電動式ＷＰ１４からの冷却水の吐出圧力が調整される（ステップＳ１１２）。
ステップＳ１１２に続いて、温度Ｔｈｗ１と閾値Ｔ１について、Ｔｈｗ１＞Ｔ１が成立するか否かが再度判定される（ステップＳ１１４）。本ステップの処理は、ステップＳ１０４の処理と同じである。温度Ｔｈｗ１と閾値Ｔ１の比較の結果、Ｔｈｗ１＞Ｔ１が成立しないと判定された場合（“Ｎｏ”の場合）、ＥＣＵ６０はステップＳ１１４に戻る。つまり、Ｔｈｗ１＞Ｔ１が成立すると判定されるまで、ステップＳ１１４の処理が繰り返される。
ステップＳ１１４においてＴｈｗ１＞Ｔ１が成立すると判定された場合（“Ｙｅｓ”の場合）、内燃機関１０の暖機が完了したと判断できるので、ＥＣＵ６０はステップＳ１１６に進む。ステップＳ１１６では、流路５０ｆ内の圧力が圧力ＰＨＲ未満となるように、電動式ＷＰ１４からの冷却水の吐出圧力が調整される。続いて、ＥＣＵ６０のメモリに蓄熱モード履歴が「無し」と記録される（ステップＳ１１８）。
以上、図７に示したルーチンによれば、蓄熱モードの有無、および、温度Ｔｈｗ１と閾値Ｔ１の大小関係に応じて、蓄熱放熱材５８に蓄熱動作または放熱動作を行わせることができる。換言すると、内燃機関１０の通常運転中の任意のタイミングで蓄熱放熱材５８に排気ガスの熱を蓄え、尚且つ、蓄熱放熱材５８に蓄えた熱を無駄にすることなく、内燃機関１０の始動時に蓄熱放熱材５８からこれを放出させて内燃機関１０、ヒーター３２、スロットルボディ３６等を温めることができる。
なお、上記実施の形態１においては、ヒーター３２、スロットルボディ３６およびＣＶＴウォーマー４４が本発明の「関連部品」に、廃熱回収・放出装置５０が本発明の「蓄熱放熱部」に、それぞれ相当している。
また、ＥＣＵ６０が図７のステップＳ１１２の処理を実行することにより本発明の「圧力制御部」が実現されている。
ところで、上記実施の形態１では、図７のステップＳ１１４においてＴｈｗ１＞Ｔ１が成立すると判定された場合に、ステップＳ１１６の処理を行った。しかし、ステップＳ１１４の処理をスキップして、ステップＳ１１２の処理後にステップＳ１１６の処理を行ってもよい。新型酸化チタンの結晶構造のλ相からβ相への相転移は短時間で完了することから、図７のステップＳ１１２の処理によって流路５０ｆ内の圧力が圧力ＰＨＲ以上まで上昇すれば、基本的にはその直後に相転移が完了し、新型酸化チタンから冷却水への熱移動が起こることになる。従って、ステップＳ１１２の処理後にステップＳ１１６の処理を行った場合であっても、新型酸化チタンから冷却水への熱移動が起こり、内燃機関１０が暖機される。なお、ステップＳ１１４の処理をスキップした場合には、ステップＳ１１４の処理を行う場合に比べて、新型酸化チタンから冷却水への熱移動に要するエネルギ（つまり、電動式ＷＰ１４の駆動に要するエネルギ）を抑えることができる。
実施の形態２．
次に、図８乃至図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
［蓄熱放熱システムの構成の説明］
図８は、本発明の実施の形態２に係る蓄熱放熱システムの全体構成を示す概略図である。図８に示す蓄熱放熱システム２は、車両に搭載されるシステムであり、基本的な構成は図１に示した蓄熱放熱システム１の構成と共通する。そのため、両者に共通する構成についての説明は省略する。また、廃熱回収・放出装置５０の内部に設けられる蓄熱放熱材の構成も両者に共通することから、新型酸化チタンの結晶構造や熱特性についての説明も省略する。
図８に示す蓄熱放熱システム２は、流路４８に電磁バルブ６６と温度センサ６８を備える点において、図１に示した蓄熱放熱システム１と異なる。なお、説明の便宜上、以下においては、流路４８のうちの電磁バルブ６６よりも上流側（つまり、廃熱回収・放出装置５０と接続される側）を流路４８ａともいい、電磁バルブ６６よりも下流側（つまり、流路２２と接続される側）を流路４８ｂともいう。電磁バルブ６６は、常開のバルブであり、ＥＣＵ６０が操作信号を出すアクチュエータに含まれる。温度センサ６８は、流路４８ａにおける冷却水の温度Ｔｈｗ２を検出するセンサであり、ＥＣＵ６０が信号を取り込むセンサに含まれる。
［実施の形態２における蓄熱放熱動作］
本実施の形態では、上述した新型酸化チタンの熱特性を利用し、内燃機関１０の始動時に図３示した蓄熱放熱材５８に蓄熱動作と放熱動作を行わせるべく、図８に示した電動式ＷＰ１４から吐き出される冷却水の圧力と、図８に示した電磁バルブ６６の駆動および図３に示した電磁バルブ５６の開閉状態と、をＥＣＵ６０で制御する。
電磁バルブ５６の開閉状態の制御は、上記実施の形態１の制御と同じである。すなわち、蓄熱放熱材５８に蓄熱動作を行わせる場合に、電磁バルブ５６が閉状態に制御される。
電動式ＷＰ１４を常時駆動させる上記実施の形態１の制御とは異なり、本実施の形態の制御では、蓄熱放熱材５８に放熱動作を行わせる場合に限り、電動式ＷＰ１４を駆動させる。また、本実施の形態では、電動式ＷＰ１４の駆動の開始に合わせて電磁バルブ６６を閉状態に制御する。つまり、本実施の形態の制御では、蓄熱放熱材５８に放熱動作を行わせる場合に、電磁バルブ６６と組み合わせた電動式ＷＰ１４の駆動によって、電動式ＷＰ１４から電磁バルブ６６までの冷却水循環流路内の圧力を圧力ＰＨＲ以上に高めている。
上記実施の形態１では、蓄熱放熱材５８に放熱動作を行わせる場合に、電動式ＷＰ１４の駆動によって冷却水循環流路内の圧力を全体的に高めている。これに対し、本実施の形態では、蓄熱放熱材５８に放熱動作を行わせる場合に、電磁バルブ６６と組み合わせた電動式ＷＰ１４の駆動によって、電動式ＷＰ１４から電磁バルブ６６までの冷却水循環流路内の圧力を局所的に高めている。そのため、本実施の形態によれば、電動式ＷＰ１４からの吐出圧力を抑えて、電動式ＷＰ１４の駆動に伴う電力消費を最小限に留めることができる。すなわち、蓄熱放熱材５８からの熱の取り出しを効率的に行って、内燃機関１０、ヒーター３２、スロットルボディ３６等を温めることができる。
図９は、本発明の実施の形態２において、蓄熱放熱材５８に放熱動作を行わせる場合における制御概要を説明するタイミングチャートである。図９の上段と中段に示すように、本実施の形態の制御では、時刻ｔ０で電動式ＷＰ１４を駆動して電動式ＷＰ１４からの吐出圧力を圧力Ｐ０に設定し、電磁バルブ６６を全閉状態に設定する。そうすると、流路５０ｆ内の圧力が上昇して圧力ＰＨＲ以上となり、蓄熱放熱材５８から熱が放出される。よって、図９の下段に示す温度Ｔｈｗ２が上昇する。時刻ｔ１で電磁バルブ６６を開状態に戻す。そうすると、流路４８が開放されて、蓄熱放熱材５８から熱を受け取った冷却水が一気に流路４８ｂを経由して流路２２に流れ込み、その代わりに温度Ｔｈｗ２は急激に低下する。
［実施の形態２における蓄熱放熱材５８の異常判定］
また、本実施の形態では、蓄熱放熱材５８に放熱動作を行わせている間に、温度Ｔｈｗ２に基づいて蓄熱放熱材５８の異常判定を行う。蓄熱放熱材５８が正常であれば放熱動作に伴い熱を放出することから、図９に示した時刻ｔ１での温度Ｔｈｗ２は閾値Ｔ１以上の温度まで上昇しているはずである。これを利用して本実施の形態では、時刻ｔ１での温度Ｔｈｗ２が閾値Ｔ１よりも低い場合には、蓄熱放熱材５８が異常であると判定し、それ以降の蓄熱動作と放熱動作を禁止する。なお、判定時間ｔ（＝ｔ１−ｔ０）については、予め設定されているものとする。
［実施の形態２における具体的処理］
図１０は、本発明の実施の形態２においてＥＣＵ６０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。なお、この図に示すルーチン（蓄熱放熱ルーチン）は、車両の運転者により所定の操作（例えば、イグニッションキーを所定位置まで回す等の操作）がなされてイグニッションがオン（ＩＧ ＯＮ）にされた後、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。
図１０に示すルーチンでは、先ず、蓄熱モード履歴の有無が判定される（ステップＳ１２０）。本ステップの処理は、図７のステップＳ１００の処理と同じである。蓄熱モード履歴が「無し」と判定された場合（“Ｎｏ”の場合）、蓄熱放熱材５８に含まれる新型酸化チタンの結晶構造がβ相であると判断できるので、ステップＳ１２２に進む。一方、蓄熱モード履歴が「有り」と判定された場合（“Ｙｅｓ”の場合）、新型酸化チタンの結晶構造がλ相であると判断できるので、ステップＳ１２４に進む。
ステップＳ１２２では、蓄熱放熱材５８に蓄熱動作を行わせるべく、電磁バルブ５６が閉状態とされる。続いて、蓄熱放熱材５８の温度Ｔｓと閾値Ｔ０について、Ｔｓ＞Ｔ０が成立するか否かが判定される（ステップＳ１２６）。本ステップの処理は、図７のステップＳ１０６の処理と同じである。Ｔｓ＞Ｔ０が成立しないと判定された場合（“Ｎｏ”の場合）、ＥＣＵ６０はステップＳ１２６に戻る。つまり、ステップＳ１２６においてＴｓ＞Ｔ０が成立すると判定されるまで、ステップＳ１２６の処理が繰り返される。
ステップＳ１２６においてＴｓ＞Ｔ０が成立すると判定された場合（“Ｙｅｓ”の場合）、蓄熱放熱材５８に含まれる新型酸化チタンの結晶構造がβ相からλ相に相転移したと判断できるので、ＥＣＵ６０はステップＳ１２８に進む。ステップＳ１２８では、電磁バルブ５６が開状態に戻される。続いて、ＥＣＵ６０のメモリに蓄熱モード履歴が「有り」と記録される（ステップＳ１３０）。
ステップＳ１２４では、冷却水出口１２ｂ付近の冷却水の温度Ｔｈｗ１と閾値Ｔ１について、Ｔｈｗ１＞Ｔ１が成立するか否かが判定される。本ステップの処理は、図７のステップＳ１０４の処理と同じである。Ｔｈｗ１＞Ｔ１が成立しないと判定された場合（“Ｎｏ”の場合）、内燃機関１０を温める必要があると判断できる。そのため、蓄熱放熱材５８に放熱動作を行わせるべく、流路５０ｆ内の圧力が圧力ＰＨＲ以上となるように電動式ＷＰ１４の駆動が開始され、電磁バルブ６６が全閉状態とされる（ステップＳ１３２）。
ステップＳ１３２に続いて、図９で説明した判定時間ｔの経過後における温度Ｔｈｗ２と閾値Ｔ１について、Ｔｈｗ２＞Ｔ１が成立するか否かが判定される（ステップＳ１３４）。なお、判定時間ｔ自体は、ステップＳ１３２の処理を開始するタイミングからカウントされるものとする。比較の結果、Ｔｈｗ２＞Ｔ１が成立しないと判定された場合（“Ｎｏ”の場合）、蓄熱放熱材５８に異常が生じていると判断できる。そのため、それ以降の蓄熱動作と放熱動作を中止するべく、電動式ＷＰ１４の駆動が停止され、電磁バルブ６６が開状態に戻されると共に、電磁バルブ５６の制御が禁止される（ステップＳ１３６）。
ステップＳ１３４において、Ｔｈｗ２＞Ｔ１が成立すると判定された場合（“Ｙｅｓ”の場合）、蓄熱放熱材５８から熱が放出されており、ウォータージャケット１２に温まった冷却水を導入する準備ができていると判断できる。そのため、電磁バルブ６６が開状態に戻される（ステップＳ１３８）。
ステップＳ１３８に続いて、温度Ｔｈｗ１と閾値Ｔ１について、Ｔｈｗ１＞Ｔ１が成立するか否かが判定される（ステップＳ１４０）。本ステップの処理は、図７のステップＳ１０４の処理と同じである。Ｔｈｗ１＞Ｔ１が成立しないと判定された場合（“Ｎｏ”の場合）、ＥＣＵ６０はステップＳ１４０に戻る。つまり、Ｔｈｗ１＞Ｔ１が成立すると判定されるまで、ステップＳ１４０の処理が繰り返される。
ステップＳ１４０においてＴｈｗ１＞Ｔ１が成立すると判定された場合（“Ｙｅｓ”の場合）、内燃機関１０の暖機が完了したと判断できる。そのため、電動式ＷＰ１４の駆動が停止される（ステップＳ１４２）。続いて、ＥＣＵ６０のメモリに蓄熱モード履歴が「無し」と記録される（ステップＳ１４４）。
以上、図１０に示したルーチンによれば、Ｔｈｗ１＞Ｔ１が成立する場合に、電磁バルブ６６と組み合わせた電動式ＷＰ１４の駆動によって流路５０ｆを流れる冷却水の圧力を高めることができる。また、図１０に示したルーチンによれば、判定時間ｔの経過後における温度Ｔｈｗ２と閾値Ｔ１の大小関係に応じて、蓄熱放熱材５８の異常判定を行うこともできる。
なお、上記実施の形態２においては、電動式ＷＰ１４が本発明の「機関出口側ポンプ」に、電磁バルブ６６が本発明の「制御弁」に、それぞれ相当している。
また、ＥＣＵ６０が図１０のステップＳ１３２，Ｓ１３４，Ｓ１３８の処理を実行することにより本発明の「圧力調整部」が実現されている。
実施の形態３．
次に、図１１を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
［蓄熱放熱システムの構成の説明］
図１１は、本発明の実施の形態３に係る蓄熱放熱システムの全体構成を示す概略図である。図１１に示す蓄熱放熱システム３は、車両に搭載されるシステムであり、基本的な構成は図８に示した蓄熱放熱システム２の構成と共通する。そのため、両者に共通する構成についての説明は省略する。また、廃熱回収・放出装置５０の内部に設けられる蓄熱放熱材の構成も両者に共通することから、新型酸化チタンの結晶構造や熱特性についての説明も省略する。
図１１に示す蓄熱放熱システム３は、流路１８に電磁バルブ７０を備える点において、図８に示した蓄熱放熱システム２と異なる。電磁バルブ７０は、常閉（ノーマル・クローズ）のバルブであり、ＥＣＵ６０が操作信号を出すアクチュエータに含まれる。
［実施の形態３における蓄熱放熱動作］
本実施の形態では、上述した新型酸化チタンの熱特性を利用し、図３に示した蓄熱放熱材５８に蓄熱動作と放熱動作を交互に行わせるべく、図１１に示した電動式ＷＰ１４から吐き出される冷却水の圧力と、図１１に示した電磁バルブ６６，７０の開閉状態と、図３に示した電磁バルブ５６の開閉状態をＥＣＵ６０で制御する。
電磁バルブ５６，６６の開閉状態の制御、電動式ＷＰ１４の駆動の制御については、上記実施の形態２の制御と同じである。但し、本実施の形態の制御では、蓄熱放熱材５８に放熱動作を行わせる場合に、電動式ＷＰ１４の駆動の開始に合わせて電磁バルブ７０を開状態に制御する。図９のタイミングチャートを援用して説明すると、本実施の形態の制御では、時刻ｔ０で電動式ＷＰ１４を駆動して電動式ＷＰ１４からの吐出圧力を圧力Ｐ０に設定し、電磁バルブ６６を全閉状態に設定し、更に、電磁バルブ７０を開状態に設定する。なお、電磁バルブ７０を閉状態に戻すのは、例えば、電動式ＷＰ１４の駆動の停止と同時とすることができる。
図８に示した蓄熱放熱システム２は、図１１に示した電磁バルブ７０を備えていないことから、蓄熱放熱材５８に放熱動作を行わせる場合だけでなく、蓄熱放熱材５８に放熱動作を行わせない場合にも、ウォータージャケット１２から排出された冷却水が流路１８、流路４６、流路４８の順に流れることができてしまう。この点、図１１に示した蓄熱放熱システム３の構成によれば、蓄熱放熱材５８に放熱動作を行わせない場合には流路１８を閉じることができる。従って、蓄熱放熱材５８に放熱動作を行わせない場合における冷却水の流れを効率化することができる。
実施の形態４．
次に、図１２を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
［蓄熱放熱システムの構成の説明］
本実施の形態４に係る蓄熱放熱システムは、図１１に示した蓄熱放熱システム３において、流路２２上に設けられる機械式ＷＰ２４を電動式ＷＰに置換したものである。従って、システムの構成についての説明は省略する。また、廃熱回収・放出装置５０の内部に設けられる蓄熱放熱材の構成も両者に共通することから、新型酸化チタンの結晶構造や熱特性についての説明も省略する。本実施の形態に係る電動式ＷＰ（以下、「流路２２上ＷＰ」ともいう。）は、電動式ＷＰ１４と同様に構成されている。流路２２上ＷＰのモーターは、ＥＣＵ６０が操作信号を出すアクチュエータに含まれている。
［実施の形態４における蓄熱放熱動作］
電磁バルブ５６，６６，７０の開閉状態の制御、電動式ＷＰ１４の駆動の制御については、上記実施の形態３の制御と同じである。但し、機械式ＷＰ２４の駆動によって自動的にウォータージャケット１２に流す上記実施の形態３とは異なり、本実施の形態では、内燃機関１０の暖機が完了するまでの間、流路２２からウォータージャケット１２に冷却水が流入しないように流路２２上ＷＰのモーターの駆動が制御（水止め制御）される。水止め制御が行われると、流路４８を開放して蓄熱放熱材５８から熱を受け取った冷却水を流路２２に送ったとしても、内燃機関１０等の暖機に利用できないことになる。
そこで本実施の形態では、図９で説明した判定時間ｔの経過後であっても、水止め制御が終了するまでは流路４８の開放を待機する。換言すると、判定時間ｔの経過後、水止め制御が終了したタイミングで流路４８を開放する。従って、本実施の形態によれば、流路２２上ＷＰが設けられるシステムにおいて、蓄熱放熱材５８から熱を受け取った冷却水を、ウォータージャケット１２への冷却水の流入が許可されるタイミングに合わせて送ることができる。因みに、内燃機関１０の暖機完了時には、サーモスタット２６のバルブが開状態となっていることが予想される。そのため、水止め制御が終了したタイミングで流路４８を開放すれば、蓄熱放熱材５８から熱を受け取った高温の冷却水と、ラジエータ２０を通過した低温の冷却水とが流路２２で混ざり合って中間の温度となった冷却水が、流路２２上ＷＰのモーターの駆動によってウォータージャケット１２に送られることになる。従って、水止め制御が終了したタイミングでラジエータ２０を通過した冷却水のみをウォータージャケット１２に送る場合に比べて、暖機完了直後の内燃機関１０を緩やかに冷やすことができる。
［実施の形態４における具体的処理］
図１２は、本発明の実施の形態４においてＥＣＵ６０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。なお、図１２に示すルーチンの多くの処理は、図１０に示したルーチンの処理と共通する。そのため、両者に共通する処理については同一の符号を付し、それらの説明を省略する。
図１２に示すルーチンでは、ステップＳ１２４において、Ｔｈｗ１＞Ｔ１が成立しないと判定された場合（“Ｎｏ”の場合）、内燃機関１０を温める必要があると判断し、水止め制御を行うべく、流路２２上ＷＰのモーターの駆動が制御される（ステップＳ１５０）。続いて、ステップＳ１３２，Ｓ１３４（図１０参照）の処理が行われる。
ステップＳ１３４において、Ｔｈｗ２＞Ｔ１が成立すると判定された場合（“Ｙｅｓ”の場合）、温度Ｔｈｗ１と閾値Ｔ１について、Ｔｈｗ１＞Ｔ１が成立するか否かが判定される（ステップＳ１５２）。本ステップの処理は、図７のステップＳ１１４の処理と基本的に同じである。温度Ｔｈｗ１と閾値Ｔ１の比較の結果、Ｔｈｗ１＞Ｔ１が成立しないと判定された場合（“Ｎｏ”の場合）、ＥＣＵ６０はステップＳ１５２に戻る。つまり、Ｔｈｗ１＞Ｔ１が成立すると判定されるまで、ステップＳ１５２の処理が繰り返される。
ステップＳ１５２においてＴｈｗ１＞Ｔ１が成立すると判定された場合（“Ｙｅｓ”の場合）、内燃機関１０の暖機が完了したと判断できる。そのため、水止め制御を終了すべく、流路２２上ＷＰのモーターの駆動が制御される（ステップＳ１５４）。続いて、電磁バルブ６６が開状態に戻されると共に、電動式ＷＰ１４の駆動が停止される（ステップＳ１５６）。続いて、ＥＣＵ６０のメモリに蓄熱モード履歴が「無し」と記録される（ステップＳ１５８）。
以上、図１２に示したルーチンによれば、水止め制御が終了するまで流路４８の開放を待機し、水止め制御が終了したら蓄熱放熱材５８から熱を受け取った冷却水を流路２２に送ることができる。従って、蓄熱放熱材５８から熱を受け取った冷却水を、ウォータージャケット１２への冷却水の流入が許可されるタイミングに合わせて送ることができる。
なお、上記実施の形態４においては、流路２２上ＷＰが本発明の「機関入口側ポンプ」に相当している。
また、ＥＣＵ６０が図１２のステップＳ１５０の処理を実行することにより本発明の「吐出停止部」が実現されている。
実施の形態５．
次に、図１３乃至図１４を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態は、図８に示した蓄熱放熱システム２、または、図１１に示した蓄熱放熱システム３において、廃熱回収・放出装置５０に設置した電流計の検出値に基づいて、新型酸化チタンの結晶構造の判定と、蓄熱放熱材５８の異常判定を行うことを特徴としている。そのため、システム構成等についての説明は省略する。
図１３は、本発明の実施の形態５に適用される廃熱回収・放出装置５０の断面図であり、この図には、閉状態にある電磁バルブ５６が描かれている。図１３に示すように、廃熱回収・放出装置５０には、端子間に電位差を与えたときに蓄熱放熱材５８を流れる電流を検出する電流計７２が取り付けられている。電流計７２は、ＥＣＵ６０が信号を取り込むセンサに含まれる。
［新型酸化チタンの結晶構造の判定］
既に述べたように、新型酸化チタンは、結晶構造がβ相にあるときには半導体的な性質を示し、結晶構造がλ相にあるときには金属的な性質を示す。本実施の形態では、この電気的特性を利用し、新型酸化チタンの結晶構造の判定を行う。具体的には、結晶構造がλ相にあるときに計測される電流値を基準とし、電流計７２の検出値に基づいて新型酸化チタンの結晶構造がλ相にあるか、それともβ相にあるかを判定する。
［実施の形態５における蓄熱放熱材５８の異常判定］
また、本実施の形態では、蓄熱放熱材５８に蓄熱動作を行わせた直後のタイミングでの電流計７２の検出値に基づいて、蓄熱放熱材５８の異常判定を行う。蓄熱放熱材５８が正常であれば、蓄熱放熱材５８に蓄熱動作を行わせることで新型酸化チタンの結晶構造がλ相となっており、電流計７２の検出値が基準値に等しくなるはずである。これを利用して本実施の形態では、電流計７２の検出値が基準値から大きく乖離している場合には、蓄熱放熱材５８が異常であると判定し、それ以降の蓄熱動作と放熱動作を禁止する。
［実施の形態５における具体的処理］
図１４は、本発明の実施の形態５においてＥＣＵ６０が実行する処理の一例を示すフローチャートである。なお、図１４に示すルーチンの多くの処理は、図１０に示したルーチンの処理と共通する。そのため、両者に共通する処理については同一の符号を付し、それらの説明を省略する。
図１４に示すルーチンでは、先ず、電流計７２の検出値と基準値の差が閾値Ａ０未満であるか否かが判定される（ステップＳ１６０）。ステップＳ１６０においてＥＣＵ６０は、電流計７２の検出値を取得し、閾値Ａ０と比較する。ここで、閾値Ａ０は、蓄熱放熱材５８が異常であると判断できる電流値として、予め設定されているものとする。比較の結果、電流値差＜Ａ０が成立しないと判定された場合（“Ｎｏ”の場合）、蓄熱放熱材５８に含まれる新型酸化チタンの結晶構造がβ相であると判断できるので、ステップＳ１６２に進む。一方、電流値差＜Ａ０が成立すると判定された場合（“Ｙｅｓ”の場合）、新型酸化チタンの結晶構造がλ相であると判断できるので、ステップＳ１２４に進む。
ステップＳ１６２では、蓄熱放熱材５８に蓄熱動作を行わせるべく、電磁バルブ５６が閉状態とされる。続いて、蓄熱放熱材５８の温度Ｔｓと閾値Ｔ０について、Ｔｓ＞Ｔ０が成立するか否かが判定される（ステップＳ１６４）。本ステップの処理は、図１０のステップＳ１２６の処理と同じである。Ｔｓ＞Ｔ０が成立しないと判定された場合（“Ｎｏ”の場合）、ＥＣＵ６０はステップＳ１６４に戻る。つまり、ステップＳ１６４においてＴｓ＞Ｔ０が成立すると判定されるまで、ステップＳ１６４の処理が繰り返される。
ステップＳ１６４においてＴｓ＞Ｔ０が成立すると判定された場合（“Ｙｅｓ”の場合）、電流計７２の検出値と基準値の差が閾値Ａ０未満であるか否かが再度判定される（ステップＳ１６６）。本ステップの処理は、ステップＳ１６０の処理と同じである。電流値差と閾値Ａ０の比較の結果、電流値差＜Ａ０が成立しないと判定された場合（“Ｎｏ”の場合）、蓄熱放熱材５８に異常が生じていると判断できるので、ステップＳ１３６に進む。
ステップＳ１６６において電流値差＜Ａ０が成立すると判定された場合（“Ｙｅｓ”の場合）、蓄熱放熱材５８に含まれる新型酸化チタンの結晶構造がβ相からλ相に相転移したと判断できるので、電磁バルブ５６が開状態に戻される（ステップＳ１６８）。


以上、図１４に示したルーチンによれば、電流計７２の検出値と基準値の差に基づいて新型酸化チタンの結晶構造の判定や、蓄熱放熱材５８の異常判定を行うことができる。
実施の形態６．
次に、図１５乃至図１６を参照して、本発明の実施の形態６について説明する。本実施の形態は、上記実施の形態４の蓄熱放熱システムにおいて、図１等に示したウォータージャケット１２の内部に、蓄熱放熱材５８と同様の組成の蓄熱放熱材を設けて、この蓄熱放熱材に蓄熱動作と放熱動作を行わせることを特徴としている。そのため、システム構成等についての説明は省略する。
図１５は、本発明の実施の形態６に適用される内燃機関１０の構成を示す概略図である。図１５に示す流路７４は、図１に示した流路１６の途中から分岐した流路２８または流路３０を経由して流路２２に戻る流路に相当している。流路７４には、電動式ＷＰ７６が設けられている。電動式ＷＰ７６は、流路２２上ＷＰに相当するウォーターポンプであり、ＥＣＵ６０が操作信号を出すアクチュエータに含まれている。また、冷却水出口１２ｂ付近の流路１６には、電磁バルブ７８が設けられている。電磁バルブ７８は常開のバルブであり、ＥＣＵ６０が操作信号を出すアクチュエータに含まれる。
図１６は、図１５の線Ａ−Ａでの縦断面図である。図１６に示すように、ウォータージャケット１２の内部には、蓄熱放熱材８０がウォータージャケットスペーサとして設けられている。蓄熱放熱材８０には、温度センサ８２が取り付けられている。温度センサ８２は、蓄熱放熱材８０の温度を検出するセンサであり、ＥＣＵ６０が信号を取り込むセンサに含まれる。
［実施の形態６における蓄熱放熱動作］
本実施の形態では、内燃機関１０で発生した熱を、シリンダボア壁面経由で蓄熱放熱材８０に蓄える。つまり、蓄熱放熱材８０の蓄熱動作は成り行きで行われる。また、本実施の形態では、電磁バルブ７８と組み合わせた電動式ＷＰ７６の駆動によって、電動式ＷＰ７６から電磁バルブ７８までの冷却水循環流路内の圧力を圧力ＰＨＲ以上に高めている。
上記実施の形態４においては、内燃機関１０の暖機が完了するまでの間、水止め制御を行った。これに対し、本実施の形態の制御は、水止め制御を行わずに電動式ＷＰ７６を積極的に駆動するので、蓄熱放熱材８０から熱を放出させてウォータージャケット１２内の冷却水を温めることができる。従って、本実施の形態の制御によれば、水止め制御を行う場合に比べて、内燃機関１０をより早く暖機することができる。
なお、上記実施の形態６においては、電動式ＷＰ７６が本発明の「機関出口側ポンプ」に、電磁バルブ６６が本発明の「制御弁」に、それぞれ相当している。また、図１等に示した蓄熱放熱材５８が本発明の「第１蓄熱放熱材」に、図１６に示した蓄熱放熱材８０が本発明の「第２蓄熱放熱材」に、それぞれ相当している。
１，２，３ 蓄熱放熱システム
１０ 内燃機関
１２ ウォータージャケット
１４ 電動式ＷＰ
１２ａ，１４ａ，２０ａ，２４ａ，３２ａ，３６ａ，５０ａ 冷却水入口
１２ｂ，１４ｂ，２０ｂ，２４ｂ，３２ｂ，３６ｂ，５０ｂ 冷却水出口
１６，１８，２２，２８，３０，３４，３８，４０，４２，４６，４８，５０ｆ，７４ 流路
２０ ラジエータ
２４ 機械式ＷＰ
２６ サーモスタット
３２ ヒーター
３６ スロットルボディ
４４ ＣＶＴウォーマー
５０ 廃熱回収・放出装置
５０ｃ 本体
５０ｄ ガス入口
５０ｅ ガス出口
５０ｇ，５０ｈ ガス流路
５２ 排気通路
５６，６６，７０，７８ 電磁バルブ
５８，８０ 蓄熱放熱材
６０ ＥＣＵ
６２，６４，６８ 温度センサ
７２ 電流計

Claims (7)

  1. 車両に搭載される内燃機関およびその関連部品を経由しながら流れる熱媒体が循環する循環流路と、
    前記循環流路を流れる熱媒体と熱交換可能な箇所に設けられると共に、Ｔｉ３Ｏ５の組成を有する酸化チタンを含む蓄熱放熱材であって、前記酸化チタンは、結晶構造がβ相のときに所定の蓄熱温度以上に加熱されることでλ相に相転移して外部の熱を蓄え、結晶構造がλ相のときに前記蓄熱温度未満まで冷却されたとしてもβ相に相転移せず、所定の放熱圧力以上の圧力が印加されたときにβ相に相転移して外部に熱を放出する特性を有する蓄熱放熱材と、
    前記内燃機関の始動時に、前記循環流路のうちの前記蓄熱放熱材の設置箇所を流れる熱媒体から前記蓄熱放熱材が受ける圧力が前記放熱圧力以上となるように、前記設置箇所の圧力を上昇させる圧力制御部と、
    を備え、
    前記蓄熱放熱材は、前記内燃機関の排気通路に設けられた蓄熱放熱部に内蔵され、
    前記圧力制御部は、前記循環流路のうちの前記内燃機関のウォータージャケットの熱媒体出口から、前記蓄熱放熱部の熱媒体入口までの間に設けられて前記蓄熱放熱部の熱媒体入口に向けて熱媒体を吐き出す機関出口側ポンプと、前記循環流路のうちの前記蓄熱放熱部の熱媒体出口から前記ウォータージャケットの熱媒体入口までの間に設けられた制御弁と、前記制御弁の開度および前記機関出口側ポンプから吐き出す熱媒体の吐出圧力を調整することで前記設置箇所の圧力を調整する圧力調整部と、を備え、
    前記圧力調整部は、前記吐出圧力を一定圧に調整すると共に、前記設置箇所の圧力を上昇させるときには前記蓄熱放熱部の熱媒体出口から前記ウォータージャケットの熱媒体入口への熱媒体の流れを遮断するように前記開度を調整し、前記設置箇所の圧力を上昇させた後は、前記制御弁による遮断を解除するように前記開度を調整することを特徴とする車両の蓄熱放熱システム。
  2. 前記圧力制御部は、前記設置箇所を流れる熱媒体から前記蓄熱放熱材が受ける圧力が前記放熱圧力以上となるように前記設置箇所の圧力を上昇させた後、前記設置箇所を流れる熱媒体から前記蓄熱放熱材が受ける圧力が前記放熱圧力未満となるように前記設置箇所の圧力を低下させることを特徴とする請求項１に記載の車両の蓄熱放熱システム。
  3. 前記蓄熱放熱材は、前記内燃機関で発生した熱を受け取り可能な箇所に設けられ、
    前記圧力制御部は、前記酸化チタンの結晶構造がβ相にあると判定された場合、前記設置箇所の圧力を上昇させる前に、前記設置箇所を流れる熱媒体から前記蓄熱放熱材が受ける圧力が前記放熱圧力未満となるように前記設置箇所の圧力を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の車両の蓄熱放熱システム。
  4. 前記圧力調整部は、前記ウォータージャケットの熱媒体出口における熱媒体の温度が所定の判定温度未満であると判定されてからの所定の放熱期間に亘り、前記蓄熱放熱部の熱媒体出口から前記ウォータージャケットの熱媒体入口への熱媒体の流れを遮断するように前記開度を調整し、前記放熱期間の終了までに前記設置箇所における熱媒体の温度が前記判定温度以上に上昇したと判定された場合に、前記制御弁による遮断を解除するように前記開度を調整することを特徴とする請求項１に記載の車両の蓄熱放熱システム。
  5. 前記循環流路に設けられて前記ウォータージャケットの熱媒体入口に向けて熱媒体を吐き出す機関入口側ポンプと、
    前記内燃機関の始動時に、前記ウォータージャケットの熱媒体出口における熱媒体の温度が前記判定温度以上に上昇したと判定されるまでの間、前記機関入口側ポンプからの熱媒体の吐き出しを一時的に停止させる吐出停止部と、を備え、
    前記圧力調整部は、前記放熱期間の終了までに前記設置箇所における熱媒体の温度が前記判定温度以上に上昇したと判定された場合であっても、前記吐出停止部によって前記機関入口側ポンプからの熱媒体の吐き出しが停止されている間は、前記制御弁による遮断の解除を待機することを特徴とする請求項４に記載の車両の蓄熱放熱システム。
  6. 前記圧力調整部は、前記ウォータージャケットの熱媒体出口における熱媒体の温度が所定の判定温度未満であると判定されてからの所定の放熱期間に亘り、前記蓄熱放熱部の熱媒体出口から前記ウォータージャケットの熱媒体入口への熱媒体の流れを遮断するように前記開度を調整し、前記放熱期間の終了までに前記設置箇所における熱媒体の温度が前記判定温度以上に上昇していないと判定された場合に、前記蓄熱放熱材に異常が発生していると判定することを特徴とする請求項１に記載の車両の蓄熱放熱システム。
  7. 車両に搭載される内燃機関およびその関連部品を経由しながら流れる熱媒体が循環する循環流路と、
    前記循環流路を流れる熱媒体と熱交換可能な箇所に設けられると共に、Ｔｉ ３ Ｏ ５ の組成を有する酸化チタンを含む蓄熱放熱材であって、前記酸化チタンは、結晶構造がβ相のときに所定の蓄熱温度以上に加熱されることでλ相に相転移して外部の熱を蓄え、結晶構造がλ相のときに前記蓄熱温度未満まで冷却されたとしてもβ相に相転移せず、所定の放熱圧力以上の圧力が印加されたときにβ相に相転移して外部に熱を放出する特性を有する蓄熱放熱材と、
    前記内燃機関の始動時に、前記循環流路のうちの前記蓄熱放熱材の設置箇所を流れる熱媒体から前記蓄熱放熱材が受ける圧力が前記放熱圧力以上となるように、前記設置箇所の圧力を上昇させる圧力制御部と、
    を備え、
    前記蓄熱放熱材は、前記内燃機関の排気通路に設けられた蓄熱放熱部に内蔵された第１蓄熱放熱材と、前記内燃機関のウォータージャケットに内蔵された第２蓄熱放熱材と、を備え、
    前記圧力制御部は、
    前記循環流路のうちの前記内燃機関のウォータージャケットの熱媒体出口から、前記蓄熱放熱部の熱媒体入口までの間に設けられて前記蓄熱放熱部の熱媒体入口に向けて熱媒体を吐き出す機関出口側ポンプと、前記循環流路のうちの前記蓄熱放熱部の熱媒体出口から前記ウォータージャケットの熱媒体入口までの間に設けられた第１制御弁と、前記第１制御弁の開度および前記機関出口側ポンプから吐き出す熱媒体の第１吐出圧力を調整することで前記第１蓄熱放熱材が設置された箇所の圧力を調整する第１圧力調整部と、
    前記ウォータージャケットの熱媒体入口に向けて熱媒体を吐き出す機関入口側ポンプと、前記ウォータージャケットの熱媒体出口に設けられた第２制御弁と、前記第２制御弁の開度および前記機関入口側ポンプから吐き出す熱媒体の第２吐出圧力を調整することで前記第２蓄熱放熱材が設けられた箇所の圧力を調整する第２圧力調整部と、を備え、
    前記第１圧力調整部は、前記第１吐出圧力を一定圧に調整すると共に、前記第１蓄熱放熱材が設置された箇所の圧力を上昇させるときには前記蓄熱放熱部の熱媒体出口から前記ウォータージャケットの熱媒体入口への熱媒体の流れを遮断するように前記第１制御弁の開度を調整し、前記第１蓄熱放熱材が設置された箇所の圧力を上昇させた後は、前記第１制御弁による遮断を解除するように前記第１制御弁の開度を調整し、
    前記第２圧力調整部は、前記第２吐出圧力を一定圧に調整すると共に、前記第２蓄熱放熱材が設置された箇所の圧力を上昇させるときには前記第２制御弁の下流側への熱媒体の流れを遮断するように前記第２制御弁の開度を調整し、前記第２蓄熱放熱材が設置された箇所の圧力を上昇させた後は、前記第２制御弁による遮断を解除するように前記第２制御弁の開度を調整することを特徴とする車両の蓄熱放熱システム。
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