JP3843866B2 - 車両搭載用内燃機関 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱を蓄える蓄熱装置を有し、同装置の蓄えた熱が所定の熱媒体を通じて供給されることにより、暖機処理がなされる車載用内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等の車両に搭載される内燃機関にとって、燃焼室周辺の温度が所定温に達していない状態（冷間状態）での機関運転は、燃焼室に供給される燃料が十分に霧化されないこと等の不具合を生じさせ、排気特性（エミッション）や燃費性能を悪化させてしまうため好ましくない。
【０００３】
しかし実際のところ、一時的な機関停止後における再始動時のような場合は例外として、機関運転を開始する際には毎回のように、機関始動時から暖機完了時までの期間は冷間状態で機関運転を行わざるをえない。
【０００４】
こうした問題に対し、内燃機関が運転中に発する熱を、所定の蓄熱容器に蓄えておき、冷間状態にある機関に放出する機能を有する蓄熱装置が知られている。
【０００５】
例えば特開平６−１８５３５９号公報に記載された内燃機関の蓄熱装置は、当該機関の放熱によって熱せられた冷却水の一部を機関停止後にも保温状態で貯留しておき、次回の機関始動時に冷却系（当該機関の冷却通路）に解放することで機関を早期に暖めるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関が自力で行う暖機の所要時間を短縮化するために蓄熱装置による暖機効果の活用機会を増大させるといった観点からみると、上記のような蓄熱装置を用いて行う内燃機関の暖機処理は、機関始動前から開始し、機関始動時には完了していることが最も好ましい。暖機処理の実施時期が早すぎると、一旦高まった機関の温度が機関始動前に再度低下してしまうことになり、また、その実施時期が遅すぎると、結局、暖機が完了してない状態で機関運転が行われ、蓄熱装置に蓄えられた熱が十分に活用されないことになるからである。
【０００７】
しかし、運転者の意志に基づいてなされる機関始動のタイミングを当該機関の制御装置等により正確に予知することは困難である。また、暖機処理の実施タイミングを運転者に委ねたのでは、機関始動時における運転者の操作が煩雑となるばかりでなく、蓄熱装置に蓄えられた熱が最大限活用される期間を把握し、そのような期間を正確に選択して暖機を行うことは困難となる。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、蓄熱装置を用いて一時的に熱を蓄え、その蓄えた熱を利用する機能を備えた車載用内燃機関にあって、蓄えた熱を適切な時期に当該機関に供給することで、機関始動の条件を最適化することのできる車載用内燃機関を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、（１）熱を蓄える蓄熱装置を有し、該蓄熱装置の蓄えた熱が所定の熱媒体を通じて供給されることにより暖機処理がなされる車載用内燃機関であって、当該機関の始動に先立って発生することが予測される第１の事象の発生を検知する第１の検知手段と、前記第１の事象の発生を検知したタイミングと同期して、当該機関の始動に先立ち前記熱媒体を通じた熱供給を開始させる第１の制御手段と、前記第１の事象の発生後に発生すると予測され且つ当該機関の始動に関連する第２の事象の発生を検知する第２の検知手段と、前記第２の事象の発生を検知したタイミングと同期して、所定条件下で前記熱媒体を通じた熱供給を開始させる第２の制御手段と、を備えることを要旨とする。
【００１０】
ここで、「第１の事象の発生を検知したタイミングと同期して」とは、「第１の事象の発生を検知したタイミングに」といった意味も含め、「第１の事象の発生を検知したタイミングと何らかの関連性を有するタイミングに」といった意味にあたる。例えば、「第１の事象の発生を検知したタイミングの１秒後に」等もここでいう「第１の事象の発生を検知したタイミングと同期して」の意味に含まれる。
【００１１】
また、前記第２の制御手段は、所定条件として、例えば「再度の熱供給によって当該機関の始動性をさらに向上させる余地がある場合」、「前記第１の事象の発生の検知タイミングと同期した熱供給を行った後、所定時間が経過している場合」、或いは「当該機関の温度が所定値を下回っている場合」等といった条件を採用するのが好ましい。
【００１２】
なお、当該機関の始動に関連する第２の事象に後続して当該機関が実際に始動する必然性は、第１の事象の発生に後続して当該機関が実際に始動する必然性によりも一般的には高くなる。
【００１３】
同構成によれば、前記第１の制御手段に基づく熱供給が一旦完了した後、例えば、当該機関の温度が再度低下し、当該機関の始動時における良好な排気特性を確保できない程度にまで達したような場合であれ、当該機関の始動直前に暖機処理を開始することで、始動時における当該機関の燃焼状態が極力最適化されるようになる。よって、始動時における当該機関の燃焼状態が安定し、排気特性の向上や、運転者に与える違和感の軽減が図られる。
（２）また、前記第２の制御手段は、前記第１の事象の発生が検知されたか否かに関わらず、前記第２の事象の発生を検知したタイミングと同期して、所定条件下で前記熱媒体を通じた熱供給を開始させるのが好ましい。
【００１４】
ここで、所定条件としては、例えば「前記熱媒体を通じた熱供給によって当該機関の始動性を向上させる余地がある場合」、或いは「当該機関の温度が所定値を下回っている場合」等といった条件を採用するのが好ましい。
【００１５】
同構成によれば、当該機関の始動が後続して発生する必然性が比較的低い第１の事象がなんらかの事情で検知されない場合であれ、少なくとも前記第２の事象の発生に基づく当該機関の始動直前の暖機処理は施されることになるため、始動時における当該機関の燃焼状態（排気特性）の最適化が一層高い確率で保証されるようになる。
（３）また、前記第２の事象は当該機関の運転者が当該機関の始動に先立って行う操作行為に関連する事象であり、且つ、前記第１の事象は前記操作行為に先立つ前記運転者の動作に関連する事象であるのが好ましい。
【００１６】
ここで、前記第１の事象としては、例えば当該エンジンの搭載された車両の運転座席のドアの開扉が検知されるタイミング等、一定の確実性をもって機関始動前に発生し得る事象（イベント）を採用するのが好ましい。また、前記第２の事象としては、例えば当該機関の運転者等によるイグニションキー、ペダル、ハンドルの操作等、一定の確実性をもって、前記第１の事象に後続し、また機関始動前に発生し得る事象（イベント）を採用するのが好ましい。
【００１７】
同構成によれば、各事象の発生タイミングから当該機関の始動タイミングに至る期間と、各事象の発生後に当該機関が始動される確率（必然性）とが異なる複数の事象を引きがね（トリガー）として、前記蓄熱装置の機能を活用した段階的な暖機処理が行われるようになる。よって、始動時における当該機関の燃焼状態（排気特性）の最適化が一層高い確率で保証されるようになる。
（４）他の発明は、熱を蓄える蓄熱装置を有し、該蓄熱装置の蓄えた熱が所定の熱媒体を通じて供給されることにより暖機処理がなされる車載用内燃機関であって、当該機関の始動に先立って発生することが予測され且つ当該機関の始動に関連する所定の事象の発生を検知する検知手段と、当該機関の温度を検出する温度検出手段と、前記所定の事象の発生が検知される前に検出された温度が所定値以上である場合には、前記所定の事象の発生が検知される前から前記熱媒体を通じた熱供給を行う一方、前記所定の事象の発生が検知されるタイミングより前に検出された温度が所定値を下回っている場合には、前記所定の事象の発生が検知されるタイミング以降に、前記熱媒体を通じた熱供給を行う熱供給制御手段と、を備えることを要旨とする。
【００１８】
ここで、前記所定の事象としては、例えば当該機関の運転者等によるイグニションキー、ペダル、ハンドルの操作等、一定の確実性をもって機関始動前に発生し得る事象を採用するのが好ましい。
【００１９】
同構成によれば、効率的に熱供給を行うことができる態様、若しくは暖機処理された機関の再冷却を抑制する態様を、機関始動前の温度条件に応じて選択される。よって、機関始動前の温度条件に関わらず、前記蓄熱装置の暖機機能を効果的に活用することができる。
【００２０】
例えば、前記所定の事象の発生が検知される前の当該機関の温度が比較的高い場合には、早期に熱供給を開始し、前記所定の事象の発生後、暖機が完了するまでに要する時間の短縮を優先的に図ることができる。ちなみに、前記所定の事象が発生した後、当該機関が始動するまでの時間が長びいたとしても、初期条件としての機関温度が比較的高いため、一旦暖機処理を施された機関が再度冷却されてしまうといった懸念もほとんどない。
（５）また、当該機関の始動に先立って発生することが予測される前記所定の事象よりも、さらに先立って発生することが予測される他の事象の発生を検知する検知手段を備えて、且つ、前記熱供給制御手段は、前記他の事象の発生が検知されたときに、前記検出される温度が所定値以上である場合には、前記所定の事象の発生が検知される前から前記熱媒体を通じた熱供給を行う一方、前記他の事象の発生が検知されたときに、前記検出される温度が所定値を下回っている場合には、前記所定の事象の発生が検知されるタイミング以降に、前記熱媒体を通じた熱供給を行うのが好ましい。
【００２１】
ここで、前記所定の事象（以下、後続事象という）よりも、さらに先だって発生することが予測される前記他の事象（以下、先行事象という）としては、例えば当該エンジンの搭載された車両の運転座席のドアの開扉が検知されるタイミング等を採用するのが好ましい。
【００２２】
前記後続事象は当該機関の始動に関連する事象であるため、一般的には、前記後続事象に後続して当該機関が実際に始動する必然性は、前記先行事象に後続して当該機関が実際に始動する必然性よりも高くなる。また、前記後続事象は前記先行事象よりも、当該機関の始動直前に発生することになる。
【００２３】
このような構成によれば、例えば、前記先行事象の発生が検知される前の当該機関の温度が比較的高い場合（非低温状態）には、早期に熱供給を開始し、前記先行事象の発生後、暖機が完了するまでに要する時間の短縮を優先的に図ることができる。さらに、このような早期の熱供給を開始した場合に、前記先行事象が発生してから前記後続事象が発生するまでの時間が長びいたとしても、初期条件としての機関温度が比較的高いため、前記後続事象の発生前、前記蓄熱装置が（例えば当該機関との間で熱交換を行うことによって）消費する熱量は比較的小さい。このため、前記蓄熱装置は、十分な熱量を保持することができ、前記後続事象の発生後にも再度の暖機処理を行うことができる。
【００２４】
一方、当該機関の停止中、前記熱媒体を通じた熱供給を行った後に当該機関を始動させずに放置しておくと当該機関の温度が急速に低下することとなり、また、暖機処理の実施に際し前記蓄熱装置が比較的大きな熱量を消費するような条件下（低温状態）では、前記先行事象に比べ機関始動に直近する後続事象を検知するまで待機し、後続事象を検知したところで前記熱媒体を通じた熱供給を開始することができる。従って、前記蓄熱装置に蓄えられた熱を無駄なく効率的に利用することができるようになる。
【００２５】
なお、上記各構成からなる内燃機関において、前記熱供給を行う期間が経過した後に当該機関の始動を許可する許可手段をさらに備えるのが好ましい。
【００２６】
ここで、「当該機関の始動を許可する」ことに関し、例えば音声、音響、或いはランプの点灯等を通じて運転者に知覚させたり、当該機関を自動的に始動させるといった制御モードを採用してもよい。また、前記熱供給を行う期間が経過するまでは、運転者による機関始動の操作を無効化する処理を行い、当該期間が経過したところでそのような無効化処理を解除するといった制御モードを採用してもよい。
【００２７】
同構成によれば、始動時における当該機関の燃焼状態（排気特性）と、運転者の感じる操作性（快適感）や利便性とが両立して図られるようになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明にかかる内燃機関を車載用エンジンシステムに適用し第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２９】
図１は、本実施の形態にかかる車載用エンジンシステム（内燃機関）が搭載される車両の一部を示す略図である。
【００３０】
車載用エンジンシステム（以下、エンジンシステムという）１００を駆動系として搭載する車両１は、その運転にクラッチ操作を要しないいわゆるオートマチックトランスミッション方式の乗用車である。同図１に示すように、車両１室内の一部を占める運転席１ａには、運転座席２を中心としてその周辺に、乗降用ドア（運転席側ドア）３、シートベルト（図示略）を脱着するインナーバックル４、エンジンシステム１００に備えられたエンジン本体（図示略）の始動等を行うためのキーシリンダ５、同エンジン本体の機関出力を調整するためのアクセルペダル６、車両１を制動するためのブレーキペダル７、トランスミッション（図示略）の機能を切り換えるためのシフトレバー８、道路情報等を画像情報を画面上に映し出す他タッチ操作による入力操作も可能なディスプレイ装置９、運転者の音声を検知するマイク９ａ等が設けられている。運転席１ａに設けられた上記各種部材２〜９及び９ａ等は、それぞれが直接、或いは当該部材の動作を検出する機器類（センサ類）を介し、電子制御装置（ＥＣＵ）３０と電気的に接続されている。
【００３１】
図２には、ＥＣＵ３０を中心としたエンジンシステム１００の電気的構成の概略を示す。
【００３２】
同図２に示すように、ＥＣＵ３０の外部入力回路３６には、キーシリンダ５、着座センサ２ａ、ドア開閉センサ３ａ、ドアロックセンサ３ｂ、シートベルトセンサ４ａ、ブレーキセンサ７ａ、シフトポジションセンサ８ａ、マイク（音響センサ）９ａ及び水温センサ２５等、車両１の各部や運転者に関する情報を電気信号として出力する各種機器が電気的に接続されている。
【００３３】
キーシリンダ５（図１を併せ参照）は、同キーシリンダ５に挿入されたイグニションキー５Ａの操作に応じ、エンジン１０の始動に関連する各部材の動作態様を切り換えるいわゆるイグニションスイッチとしての機能を有する。すなわち、ディスプレイ装置９（図１を参照）をはじめとし、ルームランプ（図示略）、オーディオ（図示略）、或いは表示ランプ類といった周辺機器の主電源や、ＥＣＵ３０にとってエンジン１０の運転制御を実施する機能を作動させるためのメインリレーの「オン（ＯＮ）」、「オフ（ＯＦＦ）」を行う他、ＥＣＵ３０を通じエンジン１０の始動にかかるスタータ２６、点火制御装置１９、燃料噴射弁１８等への指令信号を出力する。
【００３４】
また、キーシリンダ５は、イグニションキー５Ａと併せて周知の盗難防止装置を構成する。すなわち、イグニションキー５Ａは特定コードの記録された通信チップ５Ｂを内蔵している。イグニションキー５Ａがキーシリンダ５に挿入されると、キーシリンダ５は通信チップ５Ｂに記録された特定コードを読み取りＥＣＵ３０に伝達する。ＥＣＵ３０は、予め自身の記憶しておいた登録コードを、キーシリンダ５から伝達された上記特定コードと照合し、両者が一致した場合にのみエンジン１０の始動を許可する。すなわち、正規のコードが記録された通信チップを内蔵したイグニションキー５Ａによらなければ、エンジン１０を始動することができない。なお、ＥＣＵ３０による上記特定コードと登録コードとの照合を、盗難防止装置の解除動作という。
【００３５】
ドア開閉センサ３ａ及びドアロックセンサ３ｂは運転席側ドア３（図１を参照）に取付られている。ドア開閉センサ３ａは運転席側ドア３の開閉状態を識別し、この識別に応じた信号を出力する。また、ドアロックセンサ３ｂは運転席側ドア３がロックされているか否かを識別し、この識別に応じた信号を出力する。運転座席２（図１を参照）に内蔵された着座センサ２ａは運転者の着座の有無を識別し、この識別に応じた信号を出力する。インナーバックル４に取り付けられたシートベルトセンサ４ａは、シートベルト（図示略）のインナーバックル４への着脱状態を識別し、この識別に応じた信号を出力する。ブレーキペダル７に取り付けられたブレーキセンサ７ａは、ブレーキペダル７の踏み込み量に応じた信号を出力する。シフトレバー８に取り付けられたシフトポジションセンサ８ａは、運転者の選択したシフトレバー８の位置（シフトポジション）に応じた信号を出力する。
【００３６】
他方、ＥＣＵ３０の外部出力回路３７には、燃料噴射弁１８、点火制御装置１９、電動式ウォータポンプ（電動ポンプ）ＥＰ、電動式送風ファン（電動ファン）２２ａ，２３ａ、スタータ２６等、車両１（エンジンシステム１００）の運転状態を制御する部材の他、車両１の室内（例えばディスプレイ装置９の近傍）に取り付けられる点灯ランプ２８やスピーカ２９等が電気的に接続されている。
【００３７】
なお、上述したように、道路情報等を画像情報を画面上に映し出す（出力する）他、タッチ操作による入力操作も可能なディスプレイ装置９は、外部入力回路３６及び外部出力回路３７のいずれにも電気的に接続されている。
【００３８】
ＥＣＵ３０は、その内部に中央処理装置（ＣＰＵ）３１、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）３２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３３、バックアップＲＡＭ３４、及びタイマーカウンタ３５等を備え、これら各部と外部入力回路３６および外部出力回路３７とをバス３８により接続することによって論理演算回路を構成する。ここで、ＲＯＭ３２は、燃料噴射量、点火タイミング、冷却系２０内での冷却水の挙動等、エンジン１０の運転状態等を制御するための各種プログラムを予め記憶する。ＲＡＭ３３はＣＰＵ５２による演算の結果等を一時記憶する。バックアップＲＡＭ３４は、エンジン１０の運転停止後においてもデータを記憶する不揮発性のメモリである。タイマーカウンタ３５は計時動作を行う。外部入力回路３６は、バッファ、波形回路、ハードフィルタ、及びＡ／Ｄ変換器等を含む。外部出力回路は、駆動回路等を含む。
【００３９】
このように構成されたＥＣＵ３０は、外部入力回路３６を介して取り込まれる上記各種センサ２ａ，３ａ，３ｂ，４ａ，７ａ，８ａ，９ａ、キーシリンダ５、或いはディスプレイ装置９等からの信号に基づき、エンジン１０の始動、燃料噴射、点火、或いは冷却水の挙動にかかるエンジンシステム１００の各種制御を実行する。
【００４０】
図３には、本実施の形態にかかるエンジンシステム１００の概略構成を示す。
【００４１】
同図３に示すように、エンジンシステム１００は、大きくはエンジン本体（エンジン）１０、冷却系２０、及び電子制御装置（ＥＣＵ）３０から構成される。
【００４２】
エンジン１０の外郭は、シリンダブロック１０ａを下段、シリンダヘッド１０ｂを上段とし、両部材１０ａ，１０ｂが互いに閉じ合わされたかたちで形成される。エンジン１０の内部には４つの燃焼室（図示略）と、各燃焼室と外部とを連通させる吸排気ポート（図示略）とが形成されている。エンジン１０は、吸気ポートを通じて供給される混合気（外気と燃料との混合ガス）を爆発・燃焼させることにより、その出力軸（図示略）に回転駆動力を得る。
【００４３】
冷却系２０は、エンジン１０内において各燃焼室や吸排気ポートの外周を取り巻くように形成されている循環通路（ウォータジャケット）Ａと、エンジン１０と蓄熱容器２１との間で冷却水を循環させる循環通路Ｂと、エンジン１０とラジエータ２２との間で冷却水を循環させる循環通路Ｃと、エンジン１０と暖房用ヒータコア２３との間で冷却水を循環させる循環通路Ｄとから構成されている。また、循環通路Ａの一部は、各循環通路Ｂ，Ｃ，Ｄの一部として共有される。さらに循環通路Ａは、シリンダブロック１０ａ内に形成された循環通路Ａ１と、シリンダヘッド１０ｂ内に形成された通路Ａ２と、循環通路Ａ１及び通路Ａ２間を連絡するバイパス通路Ａ３とに概ね分別することができる。
【００４４】
すなわち、冷却系２０は冷却水の循環通路を複数組み合わせて構築された複合システムであって、この冷却系２０内を循環する冷却水は、熱媒体としてエンジン１０との間で熱交換を行うことにより同エンジン１０各部の冷却、或いは昇温を行う。
【００４５】
冷却系２０を構成する上記各循環通路Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤには、冷却水の挙動や温度を制御、或いは検出する各種部材が設けられている。
【００４６】
電動式ウォータポンプ（電動ポンプ）ＥＰは、ＥＣＵ３０からの指令信号に基いて作動し、循環通路Ｂ内の冷却水を矢指方向に流動させる。
【００４７】
電動ポンプＥＰの下流には蓄熱容器２１が設けられている。蓄熱容器２１は、所定量の冷却水を外部から断熱した状態で貯留する機能を有する。すなわち、同図３中の概略的な内部構造に示されるように、蓄熱容器２１は、ハウジング２１ａと、同ハウジング２１ａ内に収納された冷却水収容部２１ｂとを備えた二重構造を有する。ハウジング２１ａ及び冷却水収容部２１ｂの間隙はほぼ真空状態に保たれ、冷却水収容部２１ｂの内部空間と外部とを断熱状態に保つ。冷却水収容部２１ｂ内には、循環通路Ｂ（ポンプ側通路Ｂ１）から送られてくる冷却水を同容器２１ｂ内に導入するための導入管２１ｃと、同容器２１ｂ内の冷却水を循環通路Ｂ（エンジン側通路Ｂ２）に排出するための排出管２１ｄとが設けられている。排出管２１ｄを通じてエンジン側通路Ｂ２に排出される冷却水は、エンジン１０のシリンダヘッド１０ｂに導入され、同シリンダヘッド１０ｂ内において各気筒の吸気ポート近傍に形成された経路を優先的に流れる。
【００４８】
なお、ポンプ側通路Ｂ１及びエンジン側通路Ｂ２の通路途中に各々設けられた逆止弁２１ｅ，２１ｆが、ポンプ側通路Ｂ１から蓄熱容器２１を介してエンジン側通路Ｂ２に向かう冷却水の流れのみを許容し、逆流を規制する。
【００４９】
機械式ウォータポンプ（機械式ポンプ）ＭＰは、エンジン１０の出力軸から伝達される駆動力を用い、エンジン１０の運転中、外部通路Ｐ１よりシリンダブロック１０ａ内へ冷却水を引き込む。エンジン１０の運転に伴い機械式ポンプＭＰが作動すると、循環通路Ｃ及び循環通路Ｄ内の冷却水に各々矢指方向に向かう流れが生じるよう促される。
【００５０】
循環通路Ｃに設けられたラジエータ２２は、加熱した冷却水の熱を外部に放熱する。電動ファン２２ａは、ＥＣＵ３０の指令信号に基づいて駆動し、ラジエータ２２による冷却水の放熱作用を高める。また、循環通路Ｃの通路途中であって、ラジエータ２２の下流にはサーモスタット２４が設けられている。サーモスタット２４は温度の高さに感応して開閉する周知の制御弁であり、同サーモスタット２４近傍における循環通路Ｃ内の冷却水の温度が所定温度（例えば８０℃）を上回ると開弁して冷却水の流れを許容し、当該所定温度を下回ると閉弁して冷却水の流れを規制する。
【００５１】
すなわち、エンジン１０の運転時（機械式ポンプＭＰの作動時）、冷却水の温度が８０℃を上回ると循環通路Ｃ内の冷却水の流れが許容され、ラジエータ２２の作用によって冷却水（エンジン１０）の強制冷却が行われる。なお、エンジン１０にとって、その温度（冷却系２０内の冷却水温とほぼ同等）が８０℃を上回っているか、概ね８０℃近傍にある状態を温間状態といい、８０℃を下回っている状態を冷間状態ということにする。
【００５２】
循環通路Ｄに設けられた暖房用ヒータコア２３は、エンジン１０内で加熱された冷却水の熱を利用し、必要に応じて車両室内（図示略）の暖房を行う。ＥＣＵ３０の指令信号に基づいて駆動される電動ファン２３ａは、暖房用ヒータコア２３を通過する冷却水の放熱を促すとともに、冷却水の放熱により発生した暖気を空気通路（図示略）を介して車両室内に送り込む。
【００５３】
各循環通路Ｂ，Ｃ，Ｄを循環する冷却水にとって、エンジン１０から外部に向かう共通の流路途中に設けられた水温センサ２５は、同流路内の冷却水の温度（冷却水温）ＴＨＷに応じた検出信号をＥＣＵ３０に出力する。
【００５４】
次に、エンジン１０内に形成された各燃焼室周辺の構造について、冷却水の通路を中心に詳しく説明する。
【００５５】
図４は、エンジン１０の内部構造の一部として、燃焼室周辺の断面構造を部分的に拡大して示す略図（側面図）である。
【００５６】
同図４に示すように、燃焼室１１は、シリンダブロック１０ａとシリンダヘッド１０ｂとの境界に位置し、気筒１２内をエンジン１０の出力軸の回転と連動して上下動するピストン１３の頭上に形成される。燃焼室１１内の空間は、吸気バルブ１４及び排気バルブ１５を介してそれぞれ吸気ポート１６及び排気ポート１７と連通しており、機関運転時には、吸気ポート１６を通じた混合気の導入や、排気ポート１７を通じた排ガスの排出が行われる。吸気ポート１６に取り付けられた燃料噴射弁１８は、ＥＣＵ３０からの指令信号に基づき燃料を噴射供給する。燃料噴射弁１８によって噴射供給された燃料は、吸気ポート１６内で霧化し、新気とともに混合気を形成しつつ燃焼室１１内に取り込まれる。そして、これもＥＣＵ３０の指令信号に基づいて駆動する点火制御装置１９が、適宜のタイミングで点火プラグ１９ａに通電を行うことで、燃焼室１１内に取り込まれた混合気が燃焼に供される。
【００５７】
シリンダブロック１０ａ内には、気筒１２の外周を取り巻くように冷却水通路（図３において示した循環通路Ａ１の一部に相当する）Ｐｃが形成されている。また、シリンダヘッド１０ｂ内において吸気ポート１６及び排気ポート１７の近傍には、各々吸気ポート側冷却水通路Ｐａ（図３において示した循環通路Ａ２の一部に相当する）及び排気ポート側冷却水通路Ｐｂ（同じく、図３において示した循環通路Ａ２に相当する）が形成されている。そして、これら各冷却水通路Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ（循環通路Ａ１，Ａ２）を含め、冷却系２０内を循環する冷却水の挙動は、基本的には機械式ポンプＭＰ、電動ポンプＥＰ、及びサーモスタット２４の動作によって制御されることは前述した通りである。
【００５８】
次に、本実施の形態にかかるエンジンシステム１００が、ＥＣＵ３０の指令信号等を通じて実行する冷却水の挙動に関する冷却系制御について、その概要を説明する。なお、このエンジンシステム１００による冷却系制御は、その実行タイミングや実行条件の相違から、「機関始動後冷間時の制御」、「始動後温間時の制御」、及び「機関始動前の制御（プレヒート制御）」に大別される。
【００５９】
図５は、エンジンシステム１００（図３を参照）の冷却系２０を循環する冷却水の流れがエンジン１０の運転状態や温度分布に応じて変化する様を説明すべく同エンジンシステム１００を概略的に示す模式図である。なお、同図中において、冷却水の流れが生じている通路（通路途中に設けられた各種部材も含む）は実線で示し、冷却水の流れがほとんど、或いは全く生じていない通路（通路途中に設けられた各種部材も含む）は一点鎖線で示す。
【００６０】
先ず、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、いずれもエンジン１０が運転状態にあり、電動ポンプＥＰは停止状態にあるときのエンジンシステム１００を示す。ただし、図５（ａ）は、冷却系２０内においてサーモスタット２４近傍の冷却水温が８０℃以下にある状態のものを示し、図５（ｂ）は、同じく冷却系２０内においてサーモスタット２４近傍の冷却水温が８０℃を上回っている状態のものを示す。
【００６１】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、電動ポンプＥＰが停止状態にあるとき、シリンダヘッド１０ｂ内において循環通路Ａ、循環通路Ｃ、若しくは循環通路Ｄの一部をなす循環通路Ａ２を除けば、循環通路Ｂに沿った冷却水の流れはほぼ停止することとなる。
【００６２】
またこのとき、冷却系２０内におけるサーモスタット２４近傍の冷却水温が８０℃以下であれば、同サーモスタット（制御弁）２４が閉弁し、同制御弁２４からラジエータ２２へ向かう冷却水の流れを規制する。従って、エンジンシステム１００内において、循環通路Ａ及び循環通路Ｄ内の冷却水のみが機械式ポンプＭＰの作用により流動することとなる（図５（ａ））。
【００６３】
一方、冷却系２０内におけるサーモスタット２４近傍の冷却水温が８０℃を上回っている場合、同サーモスタット（制御弁）２４が開弁し、同制御弁２４からラジエータ２２へ向かう冷却水の流れが許容される。従って、エンジンシステム１００内において、循環通路Ａ，Ｃ，Ｄ内の冷却水が機械式ポンプＭＰの作用により流動することとなる（図５（ｂ））。
【００６４】
なお、本実施の形態にあってエンジン１０が機関運転を行っている最中、冷却系２０は、基本的には図５（ａ）若しくは図５（ｂ）に示す状態を保持することとなる。また、各図に示す冷却系２０の状態は、「機関始動後冷間時の制御」（図５（ａ））若しくは「始動後温間時の制御」（図５（ｂ））によって具現されることとなる。
【００６５】
また、図５（ｃ）は、エンジン１０が停止状態にあり、電動ポンプＥＰが作動状態にあるときのエンジンシステム１００を示す。
【００６６】
同図５（ｃ）に示すように、電動ポンプＥＰが作動すると、循環通路Ｂに沿って冷却水が流動する。このとき、エンジン１０が停止状態にあることから同エンジン１０の出力軸と連動する機械式ポンプＭＰも停止しており、循環通路Ａ１、バイパス通路Ａ３、循環通路Ｃ、および循環通路Ｄ内には冷却水の流れがほとんど生じない。ちなみに、同図５（ｃ）に示す冷却系２０の状態はエンジン１０が機関始動を行う直前のものに相当し、上記「プレヒート制御」によって具現されることとなる。
【００６７】
ここで、上記「プレヒート制御」の内容及び実行手順について、より詳細に説明する。
【００６８】
図６は、先の図３〜図５に示したエンジンシステム１００について、エンジン１０の機関始動時における電動ポンプＥＰの作動態様を実験的に変更した結果として、シリンダヘッド１０ｂの温度推移が異なるものとなる様を示すタイムチャートである。なお、各図において、時刻ｔstはエンジン１０の始動タイミングにあたる。
【００６９】
先ず図６（ａ）において、、二点鎖線で示す温度推移のパターン（以下、推移パターンという）αは当該機関始動に際して電動ポンプＥＰを作動しない場合の温度推移を示し、一点鎖線で示す推移パターンβは当該機関始動と同時に電動ポンプＥＰの作動を開始した場合の温度推移を示す。また、実線で示す推移パターンγは当該機関始動より所定時間前（時刻ｔ0）に電動ポンプＥＰの作動を開始した場合の温度推移を示す。なお各推移パターンα，β，γにおいて、エンジン１０は、前回の機関運転の終了時（機関停止時）直前、温間状態にあったものと想定する。
【００７０】
同図６（ａ）に示すように、推移パターンαでは、機関始動後（時刻ｔ１以後）、機関運転に伴うエンジン１０自身の発熱作用で、シリンダヘッド１０ｂの温度は徐々に上昇する。外気温等の環境条件にもよるが、時刻ｔstから十数秒〜数十秒程度が経過した後時刻ｔ2において、シリンダヘッド１０ｂの温度（冷却水温とほぼ同等）が所定値Ｔstd（８０℃）に達すると、当該温度近傍でサーモスタット２４が開閉弁を繰り返すことにより、冷却水温（シリンダヘッド１０ｂの温度）はほぼ定温（８０℃）に保持される。
【００７１】
推移パターンβでは、エンジン１０の機関始動と同時に、概ね８０℃以上の温度状態で蓄熱容器２１内に貯留されている冷却水（熱水）がシリンダヘッド１０ｂ内に供給されることとなる。この場合、エンジン１０の機関始動後（時刻ｔ１以後）、１０秒程度が経過した後時刻ｔ1において、シリンダヘッド１０ｂの温度（冷却水温とほぼ同等）が８０℃に達し、その後冷却水温（シリンダヘッド１０ｂの温度）がほぼ定温（８０℃）に保持されるようになる。
【００７２】
推移パターンγでは、エンジン１０の機関始動に先立って、蓄熱容器２１内の熱水がシリンダヘッド１０ｂ内に供給されることとなる。ここで、シリンダヘッド１０ｂの温度は、電動ポンプＥＰの作動開始から５〜１０秒程度で蓄熱容器２１内の冷却水温と同等の温度（６０〜８０℃）に達することが、発明者らによって確認された。同図６（ａ）中の推移パターンγにおいては、時刻ｔ0における電動ポンプＥＰの作動開始後、５秒が経過した後（時刻ｔst）にエンジン１０の機関始動を行うように設定を行った。このため、シリンダヘッド１０ｂの温度が上昇してほぼ８０℃に達した後、エンジン１０が機関始動を行うこととなっている。ちなみに、エンジン１０の機関運転に伴い、冷却系２０内における循環通路Ｂ以外の通路空間から、（循環通路Ｂ内の冷却水温よりも）低温の冷却水がシリンダヘッド１０ｂに流れ込む。このため、時刻ｔst以後、シリンダヘッド１０ｂの温度は一時的にはわずかに降下することとなるが、蓄熱容器２１からの継続的な熱水供給と機関運転に伴うエンジン１０自身の発熱作用との協働によって再度上昇し、８０℃近傍に留まる。
【００７３】
次に図６（ｂ）において、一点鎖線で示す推移パターンδは、時刻ｔ0において電動ポンプＥＰの作動を開始し、温度が８０℃に達した時点（ｔ11）でその作動を一旦停止し、その後所定時間が経過した後（ｔst）に機関始動を開始した場合の温度推移を示す。一方、実線で示す推移パターンδは、時刻ｔ0において電動ポンプＥＰの作動を開始し、温度が８０℃に達した時点（ｔ11）でその作動を一旦停止するが、エンジン始動時ｔst前の所定時刻ｔigにおいて電動ポンプＥＰを再作動させた場合の温度推移を示す。
【００７４】
推移パターンδでは、機関始動前、一旦は８０℃にまで達したシリンダヘッドの温度が時刻ｔ11以降徐々に低下してしまい、機関始動後、再度８０℃に達するのにかなりの時間（時刻ｔst〜ｔ12の期間）を要することとなっている。これに対し推移パターンεでは、シリンダヘッドの温度が時刻ｔ11以降徐々に低下する点では推移パターンδと共通するものの、機関始動前に電動ポンプＥＰが再作動することにより、機関始動時ｔstまでに温度が再上昇するため、機関始動後、短時間でシリンダヘッドの温度が８０℃に達している。
【００７５】
また、図６（ｃ）において推移パターンζは、時刻ｔ0において電動ポンプＥＰの作動を開始し、温度が８０℃に達した時点（ｔ21）でその作動を一旦停止し、その後、比較的短期間のうちに機関始動が開始された場合の温度推移を示す。このような場合には、電動ポンプＥＰを再作動させなくともシリンダヘッドの温度は機関始動時ｔstにおいて十分高いため、機関運転に伴って発生する熱により速やかに８０℃まで上昇する。
【００７６】
本実施の形態にかかるエンジンシステム１００において、燃料噴射弁１８を通じてエンジン１０に噴射供給される燃料は、吸気ポート１６内で霧化し、新気とともに混合気を形成しつつ燃焼室１１内に取り込まれ、この混合気が燃焼に供されることは図４において説明した通りである。
【００７７】
このため、噴射供給された燃料が吸気ポート１６内で速やかに霧化されること、この霧化された状態を好適に保持するといった観点から、エンジン１０、とくにシリンダヘッド１０ｂ内に形成された吸気ポート１６内壁の温度が所定の温度（６０℃、好ましくは８０℃程度）を上回っているのが好ましい。吸気ポート１６内壁の温度が低くくなると同内壁に燃料が付着しやすくなり、燃料を効率良く霧化（気化）することや、霧化（気化）された燃料をその状態に保持することが難しくなるためである。こうした燃料の気化に関する不利は、燃焼効率や空燃比の最適化を困難にし、排気特性や燃費を低下させてしまうのである。
【００７８】
エンジン１０が冷間状態にあるとき、外部からの熱供給を何ら行わない条件で機関始動を行うと、シリンダヘッド１０ｂ（吸気ポート１６）の温度が十分高くなるのに比較的長時間（時刻ｔst〜ｔ2）を要してしまうのは、図６（ａ）の推移パターンαが示す通りである。また、同図６（ａ）中の推移パターンβが示すように、機関始動と同時、あるいはその直後に蓄熱容器２１から熱水供給を行い、機関始動後の暖機完了タイミングを極力早めたとしても、暖機中（時刻ｔst〜ｔ2）における排気特性や燃費の低下は免れない。
【００７９】
そこで、図６（ａ）中の推移パターンγが示すように、エンジン１０の始動に先立って蓄熱容器２１からシリンダヘッド１０ｂへの冷却水の供給を行い、エンジン１０の始動時までに暖機を完了する（エンジン１０を冷間状態から温間状態に移行させる）ようにエンジンシステム１００を制御（プレヒート制御）するのが理想的である。
【００８０】
ところが、蓄熱容器２１からの熱水供給によってエンジン１０が冷間状態から温間状態に移行を完了するには数秒を要する。この移行完了のタイミングに比し、運転者の意図するエンジン１０の機関始動タイミングが早すぎると、温間状態に移行する前にエンジン１０を始動させてしまうこととなり、燃料の十分な霧化が図れない。
【００８１】
一方、この移行完了のタイミングに比し、運転者の意図するエンジン１０の機関始動タイミングが遅すぎる場合には、蓄熱容器２１に蓄えた熱水をいたずらに消耗することとなる。
【００８２】
そこで、本実施の形態にかかるエンジンシステム１００では、当該エンジン１０の始動に先立つ必然的な動作であり、その動作タイミングが毎回ほぼ同一である特定の動作を、電動ポンプＥＰの作動（プレヒート）を開始させる第１の引き金（トリガー）として検知する。そして、第１のトリガーの検知されるタイミングと同期して、電動ポンプＥＰの作動を開始させる。
【００８３】
また、電動ポンプＥＰの作動はシリンダヘッド１０ｂの温度が８０℃に達した時点で一旦停止するが、その後、第１のトリガーに比べエンジン１０の始動タイミングｔstにより直近する事象を第２のトリガーとして検知し、その検知タイミングｔigが電動ポンプＥＰの停止時から所定期間Δｔxを経過した後であった場合には、機関始動に先立って電動ポンプＥＰを再作動させる（図６（ｂ）参照）。一方、第２のトリガーの検知タイミングｔigが電動ポンプＥＰの停止時から所定期間Δｔxを経過する前であった場合、電動ポンプＥＰの再作動は行わない（図６（ｃ）参照）。
【００８４】
図７には、本実施の形態にかかる「プレヒート制御」の具体的な手順を示す。すなわち、エンジン１０の始動に先立つ蓄熱容器２１から当該エンジン１０への熱供給（プレヒート）は以下の処理手順に従って行われる。なお、本ルーチンは、ＥＣＵ３０を通じてエンジン１０の停止中、所定時間毎に繰り返し実行される。
【００８５】
本ルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ３０は先ずステップＳ１０１において、エンジン１０の停止後、その再始動に先立つ特定の動作（第１のトリガー）が生じたか否かを判断する。この第１のトリガーは、エンジン１０の始動に先立って生じることについて、ある程度必然性のある事象であれば、運転者等の行為に起因する人為的なものであっても、人為的なものでなくても構わない。例えば、ドア３の開扉動作（ドア開閉センサ３ａの出力信号）、ドアロックの解除動作（ドアロックセンサ３ｂの出力信号）、運転者の着座動作（着座センサ２ａの出力信号）、盗難防止装置の解除動作等を第１のトリガーとして採用するのが好ましい。ＥＣＵ３０は、同ステップＳ１０１における判断が肯定である場合にはその処理をステップＳ１０２に移行し、同ステップＳ１０１における判断が否定である場合には本ルーチンを一旦抜ける。
【００８６】
続くステップＳ１０２においては、エンジン１０の始動に先立つ特定の動作として、エンジン１０の始動に対して第１のトリガーよりも直近する事象と認められる第２のトリガーが生じたか否かを判断する。第２のトリガーもまた、第１のトリガーと同様、エンジン１０の始動に先立って生じることについて、ある程度必然性（確実性）のある事象であれば、運転者等の行為に起因する人為的なものであっても、人為的なものでなくても構わない。例えば図８に示すように、キーシリンダ５はイグニションキー５Ａの挿入方向に向かってみると、イグニションキー５Ａを挿入するためのスリット５ｂを備えた円形のロータ５ｃと、円形のロータ５ｃの外周を自身の内周によって取り囲む環状のケース５ｄとを備えて構成されている。ケース５ｄはキーシリンダ５本体の外郭をなすとともに、例えば運転席の操作パネル（図示略）に固定される。ロータ５ｃは、スリット５ｂに挿入されたイグニションキー５Ａを捻ればケース５ｄに対して限られた範囲内で回動させることができるようになるように構成されている。イグニションキー５Ａは、同図８中において実線で示すように、スリット５ｂの長軸方向端部がケース５ｄの「ＬＯＣＫ」と表示された位置ＳＷ１と一致した状態で同スリット５ｂに挿入することができる。
【００８７】
エンジン１０の機関始動に際しては、先ず、運転者（操作者）がイグニションキー５Ａをスリット５ｂに挿入し、「ＬＯＣＫ」と表示された位置ＳＷ１から「ＡＣＣ」と表示された位置ＳＷ２まで回動させると、ルームランプ（図示略）、オーディオ（図示略）、或いはナビゲータ（図示略）といった周辺機器の主電源が「オン（ＯＮ）」状態になる。さらに、同イグニションキー５Ａを「ＯＮ」と表示された位置ＳＷ３まで回動させると（図８中、二点鎖線にて示す）、ＥＣＵ３０にとってエンジン１０の運転制御を実施する機能を作動させるためのメインリレーが「オン（ＯＮ）」状態になる。さらに、同イグニションキー５Ａを「ＳＴＡＲＴ」と表示された位置ＳＷ４まで回動させると、スタータ２６が作動してエンジン１０をクランキングさせるとともに、このクランキング動作に同期して燃料噴射弁１８による燃料の噴射供給や点火制御装置１９による気化燃料の点火が開始されることとなる。
【００８８】
すなわち、イグニションキー５Ａの「ＯＮ」と表示された位置ＳＷ３への回動（イグニションスイッチの「オン（ＯＮ）」への切り替え動作）は、エンジン１０の機関始動の直前において必然的に発生する事象であるといえる。
【００８９】
そこで、第２のトリガーとしては、例えばイグニションキー５Ａのキーシリンダ５への挿入、キーシリンダ５への挿入後におけるイグニションキー５Ａの回転動作等を第２のトリガーとして採用することができる。
【００９０】
ＥＣＵ３０は、上記ステップＳ１０２における判断が否定である場合には処理をステップＳ１０３に移行し、同ステップＳ１０２における判断が肯定である場合には処理をステップＳ１０４に移行する。
【００９１】
ステップＳ１０３においては、１回目のプレヒートに関し、その開始、継続、若しくは完了のための処理を行う。すなわち、ＥＣＵ３０は、同ステップＳ１０３に処理が移行したときの状況に応じ、電動ポンプＥＰの作動開始、作動継続の容認、作動停止といった処理を適宜行う。ここで、１回目のプレヒートは、第１のトリガーが検知された後、所定期間に亘って行う。また、プレヒートの実施要求があること（例えば、エンジン１０の温度を代表するパラメータである冷却水温ＴＨＷが所定値を下回っていること）や、プレヒートの実施が可能であること（例えば、蓄熱容器２１に蓄えられた冷却水の温度が所定値を上回っていること）等をその開始条件する。プレヒートの継続期間としては、プレヒートを行うことによりシリンダヘッド１０ｂの温度が８０℃を上回るのに要すると推定される期間を予め設定しておいてもよいし、蓄熱容器２１に蓄えられた冷却水の温度やエンジン１０の冷却水温ＴＨＷ等に基づいて適宜決定するようにしてもよい。また、プレヒートの継続時間を設定する代わりに、例えばエンジン１０の温度上昇量や、蓄熱容器２１からエンジン１０に供給される熱水の供給量が所定値に達したところでプレヒートを完了するようにしてもよい。同ステップＳ１０３における処理を一旦終えた後、ＥＣＵ３０は１回目プレヒートを完了した旨を記憶した上で本ルーチンを一旦抜ける。そして、次回、ステップＳ１０２において否定の判断を行った場合には、ステップＳ１０３での処理（プレヒート）を行うことなく直ちに本ルーチンを抜けるようにする。
【００９２】
ステップＳ１０４においては、１回目のプレヒート完了後（電動ポンプＥＰの停止後）、所定期間Δｔx（図６（ｂ），（ｃ）参照）が経過しているか否かを判断する。ＥＣＵ３０は、同ステップＳ１０４における判断が肯定である場合には処理をステップＳ１０５に移行し、同ステップＳ１０４における判断が否定である場合には本ルーチンを一旦抜ける。
【００９３】
ステップＳ１０５においては、２回目のプレヒートに関し、その開始、継続、若しくは完了のための処理を行う。すなわち、ＥＣＵ３０は、同ステップＳ１０５に処理が移行したときの状況に応じ、電動ポンプＥＰの作動開始、作動継続の容認、作動停止といった処理を適宜行う。ここで、２回目のプレヒートは、その検知タイミングが１回目プレヒートの完了後、基準期間Δｔxが経過した後に第２のトリガーが検知された場合に限り実行され、エンジン１０が始動するまで、或いはエンジン１０の始動後所定期間が経過するまで継続するのが好ましい。同ステップＳ１０５における処理を終えた後、ＥＣＵ３０は本ルーチンを一旦抜ける。
【００９４】
このように、本実施の形態によるプレヒート制御では、１回目のプレヒート完了後、エンジン１０の始動直前に発生する事象である第２のトリガー（キーシリンダ５に挿入されたイグニションキー５Ａの回転動作等）を検知し、１回目プレヒートの完了から第２のトリガーの発生までに要した時間に基づいて２回目プレヒートの実行の有無を決定することとしている。すなわち、１回目のプレヒートが完了した時点ではシリンダヘッド１０ｂが十分暖まった状態になっていても、その後、（基準期間Δｔxを上回る）長時間が経過しシリンダヘッド１０ｂの温度が再度低下してしまった場合には、エンジン始動の直前に再度プレヒートを実施することにより、エンジン始動時における暖機効率や排気特性を高める。
【００９５】
この結果、第１のトリガーの検知に基づくプレヒートの効果が確実に担保される。また運転者にとっては、確実に暖機が完了した状態でエンジン１０を始動させることができるようになり、エンジン始動時における違和感が解消し、エンジン始動時の条件に関わらず、エンジンシステム１００を快適に操作することができるようになる。
【００９６】
なお、本実施の形態における「プレヒート制御」（図７参照）では、第１のトリガーの発生が検知された条件（ステップＳ１０１での判断が肯定）の下で、第２のトリガーの発生が検知されたか否かを判断することとした（ステップＳ１０２）。これに対し、「第１のトリガーの発生が検知されることなく第２のトリガーの発生が検知された場合には、その検知タイミングに同期してプレヒートを実行する」といった制御ロジックを付加することとしてもよい。そのような制御ロジックを付加することで、第２のトリガーに比べると、エンジン１０の始動に先だって発生する必然性が比較的低い第１のトリガーがなんらかの事情で検知されない場合であれ、少なくとも第２のトリガーの発生に基づくエンジン１０の始動直前の暖機処理は施されることになるため、始動時におけるエンジン１０の燃焼状態（排気特性）の最適化が高い確率で担保されるようになる。
【００９７】
（第２の実施の形態）
以下、本発明にかかる内燃機関を車載用エンジンシステムに適用し第２の実施の形態について、上記第１の実施の形態と異なる点を中心に説明する。なお、当該第２の実施の形態にあって、適用対象とする車両、エンジンシステムの構成、ＥＣＵ及びその周辺の電気的構成（図１〜図５）は先の第１の実施の形態と同一である。このため、同一の機能および構造を有する部材やハードウエア構成等については同一の符号を用い、ここでの重複する説明は割愛することとする。
【００９８】
当該第２の実施の形態にかかるエンジンシステム１００は、エンジン１０の始動前、所定のトリガーの検知タイミングに同期してプリヒートを開始する点で上記第１の実施の形態と共通する。しかし、プレヒートの具体的な処理内容として、トリガーを検知した際におけるエンジン１０の温度に対応する複数の制御ロジックを用意している点で、第２の実施の形態とは異なる。
【００９９】
図９には、第２の実施の形態にかかる「プレヒート制御」の具体的な手順を示す。すなわち本実施の形態において、エンジン１０の始動に先立つ蓄熱容器２１から当該エンジン１０への熱供給（プレヒート）は以下の処理手順に従って行われる。なお、本ルーチンもまた、ＥＣＵ３０を通じてエンジン１０の停止中、所定時間毎に繰り返し実行される。
【０１００】
本ルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ３０は先ずステップＳ２０１において、エンジン１０の停止後、その再始動に先立つ特定の動作（第１のトリガー）が生じたか否かを判断する。この第１のトリガー（先行事象）は、先の第１の実施の形態と同様、例えば、ドア３の開扉動作（ドア開閉センサ３ａの出力信号）、ドアロックの解除動作（ドアロックセンサ３ｂの出力信号）、運転者の着座動作（着座センサ２ａの出力信号）、盗難防止装置の解除動作等、エンジン１０の始動に先立って生じることについて、少なくともある程度の必然性（確実性）がある事象である。ＥＣＵ３０は、同ステップＳ１０１における判断が肯定である場合には処理をステップＳ１０２に移行し、同ステップＳ１０１における判断が否定である場合には本ルーチンを一旦抜ける。
【０１０１】
続くステップＳ２０２においては、プレヒートの実行条件が成立しているか否かを判断する。例えば、プレヒートの実施要求があること（例えば、エンジン１０の冷却水温ＴＨＷが所定値を下回っていること）や、プレヒートの実施が可能であること（例えば、蓄熱容器２１に蓄えられた冷却水の温度が所定値を上回っていること）等をプレヒートの実行条件とする。同ステップＳ２０２における判断が肯定である場合、ＥＣＵ３０はその処理をステップＳ２０３に移行し、同ステップＳ２０２における判断が否定である場合、本ルーチンを一旦抜ける。
【０１０２】
ステップＳ２０３においては、エンジン１０が低温状態にあるか否かを判断する。ここでＥＣＵ３０は、例えばエンジン１０の冷却水温ＴＨＷに関して所定の基準値（例えば０℃）を予め設定しておき、現在の冷却水温ＴＨＷが基準値を下回っている場合、エンジン１０が低温状態にあると判断する。そして、エンジン１０が低温状態にあると判断した場合には処理をステップＳ２１０に移行し、エンジン１０は低温状態にないと判断した場合には処理をステップＳ２２０に移行する。
【０１０３】
ステップＳ２１０では低温状態に対応する処理を実行する。低温状態に対応する処理では、上記第１のトリガーが検知された後、同ステップＳ２１０において直ちにプレヒートを開始することはせず、第２のトリガー（後続事象）として、例えばキーシリンダ５への挿入後におけるイグニションキー５Ａの回転動作等を検知するまで待機する。そして、上記第２のトリガーを検知したところで電動ポンプＥＰを作動させ、蓄熱容器２１からエンジン１０への熱水供給（プレヒート）を開始する。このとき、プレヒートの継続時間は、エンジン１０の冷却水温と、蓄熱容器２１内の水温とに基づき、マップ等を参照して決定する。プレヒートが完了すると、ＥＣＵ３０は所定のランプを点灯する等して、運転者に対し始動許可の通知を行う。
【０１０４】
図１０には、プレヒートの継続時間を決定するためのマップ上において、エンジン１０の冷却水温と、蓄熱容器２１内の水温と、プレヒートの継続時間とがどのような関係にあるかを示す関係図の一例である。同図１０中において、線分Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４は、プレヒートの継続時間を同じくする点の集合にあたる。このうち、エンジン１０の冷却水温と蓄熱容器２１内の水温との関係が線分Ｌ１にある場合にプレヒートの継続時間は最も短く設定され、線分Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４の順で、各線分に対応するプレヒートの継続時間は長く設定されることになる。
【０１０５】
一方、ステップＳ２２０では非低温状態に対応する処理を実行する。非低温状態に対応する処理では、低温状態に対応する処理とは異なり、上記第１のトリガーの検知後、同ステップＳ２２０において直ちに電動ポンプＥＰを作動させ、蓄熱容器２１からエンジン１０への熱水供給（プレヒート）を開始する。このときプレヒートの継続時間は、蓄熱容器２１内の水温に基づき、マップ等を参照して決定する。
【０１０６】
図１１には、プレヒートの継続時間を決定するためのマップ上において、蓄熱容器２１内の水温と、プレヒートの継続時間とがどのような関係にあるかを示す関係図の一例である。同図１１に示すように、蓄熱容器２１内の水温が高いほどプレヒートの継続時間は短くなるように設定される。
【０１０７】
なお、この非低温状態に対応する処理（ステップＳ２２０）では、プレヒートが完了すると、ＥＣＵ３０は所定のランプを点灯する等して、運転者に対し始動許可の通知を行う。そして、第２のトリガーとして、例えばキーシリンダ５への挿入後におけるイグニションキー５Ａの回転動作等を検知したところで、再度電動ポンプＥＰを作動させる（プレヒートを行う）。
【０１０８】
上記ステップＳ２１０若しくはＳ２２０における処理を行った後、ＥＣＵ３０は本ルーチンを一旦抜ける。
【０１０９】
このように、本実施の形態によるプレヒート制御では、エンジン始動に先立って第１のトリガー（例えばドア３の開扉等）を検知した場合、そのときの温度条件に応じ、異なる処理内容のプレヒートを実施する。
【０１１０】
すなわち、プレヒートが完了した後にエンジン１０を始動させることなく放置しておいても当該エンジン１０の温度は急速には低下せず、比較的緩慢に低下していくような条件下（非低温状態）では、第１のトリガーの検知タイミングに基づくプレヒートと、第２のトリガーの検知タイミングに基づくプレヒートとを順次行うことにより、エンジン１０の始動前、早期に熱供給を開始し、暖機が完了するまでに要する時間の短縮を優先的に図るようにする。よって、エンジン１０の始動時には確実にプレヒートが完了しておくようにすることができる。すなわち、機関始動前の待機時間を徒に長引かせ運転者にストレスを与えるようなこともなくなる。なお、エンジン１０がこのような非低温状態にある場合（初期条件としての機関温度が比較的高い場合）、第１のトリガーが検知されてから第２のトリガーが検知されるまでの時間が長びいたとしても、１回目の暖機が完了した後、エンジン１０の始動前に機関温度が再度降下してしまうといった懸念はほとんど生じない。
【０１１１】
一方、プレヒートが完了した後にエンジン１０を始動させることなく放置しておくと当該エンジン１０の温度が急速に低下してしまうような条件下（低温状態で）では、エンジン始動の直前に発生する事象である第２のトリガー（キーシリンダ５に挿入されたイグニションキー５Ａの回転動作等）を検知するまで待機し、第２のトリガーを検知したところでプレヒートを開始する。また、このような低温状態においては、限られた時間（第２のトリガーの検知時からエンジン１０の始動時まで）で極力効率的なプレヒートを行うべく、エンジン１０の冷却水温と蓄熱容器２１内の水温とを加味することより、プレヒートの継続時間を緻密に設定する。例えば図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、プレヒートの実施に伴うシリンダヘッドの温度推移を示すタイムチャートである。ただし、図１２（ａ）において実線、一点鎖線及び二点鎖線で示す各推移パターンは、プレヒートを実行する際の初期条件としてシリンダヘッド１０ｂの温度を相異ならせたものである。また、図１２（ｂ）において実線、一点鎖線及び二点鎖線で示す各推移パターンは、プレヒートを実行する際の初期条件として蓄熱容器２１内の水温を相異ならせたものである。なお、図１２（ｂ）において、実線で示す推移パターンは蓄熱容器２１内の水温が最も高い条件に対応し、二点鎖線で示す推移パターンは蓄熱容器２１内の水温が最も低い条件に対応する。図１２（ａ）に示すように、プレヒートの開始時（ｔ0）におけるシリンダヘッド１０ｂの温度が高いほど、シリンダヘッド１０ｂの温度が所定値（例えば８０℃）に達するまでの時間Δｔは短くなる。また図１２（ｂ）に示すように、プレヒートの開始時（ｔ0）におけるシリンダヘッド１０ｂの温度（Ｔx）が一定であっても、蓄熱容器２１内の水温が高いほど、シリンダヘッド１０ｂの温度が所定値（例えば８０℃）に達するまでの時間Δｔは短くなる。
【０１１２】
本実施の形態において、エンジン１０が低温状態にある場合に実行するプレヒート（ステップＳ２１０）では、図１０に示すようなマップを参照することにより、シリンダヘッド１０ｂの温度の影響（図１２（ａ）参照）と、蓄熱容器２１内の水温の影響（図１２（ｂ）参照）とを併せて考量し、シリンダヘッド１０ｂの温度が基準温度Ｔstd（例えば８０℃）に達するまでに要するプレヒートの正確な継続時間を設定することになる。これにより、熱供給効率の高いプレヒートがエンジン始動の直前に行われ、且つ、極めて高い精度でプレヒートの完了タイミングが運転者に通知される。
【０１１３】
よって、プレヒートが完了した後にエンジン１０を始動させず放置しておくと当該エンジン１０の温度が急速に低下するような低温条件下（低温状態）であっても、プレヒートの実施に基づく暖機効果を短時間で確実に得ることができる。従って、前記蓄熱装置に蓄えられた熱を無駄なく効率的に利用することで、エンジン１０の始動性や、始動時における機関燃焼状態の安定性を確実に高めることができるようになる。
【０１１４】
すなわち、本実施の形態によれば、エンジン始動前の温度条件が異なる場合であれ、各々の温度条件に応じて熱供給の効率の高い態様を選択することにより、プレヒートによる暖機機能を常時効果的に活用することになる。とくに、温度条件に左右されないエンジン１０の確実な始動性と、始動時における機関燃焼状態の安定性の確保と排気特性の向上と、エンジン始動時に運転者が感じる違和感の解消とが順次優先して図られるようになる。
【０１１５】
よって、機関始動時の燃料気化（霧化）に関する不利が解消され、燃焼効率や空燃比の最適化、ひいては排気特性や燃費の向上が図られるようになる。
【０１１６】
なお、第１のトリガーとしては、上記各実施の形態で例示したもの以外にも、種々の事象を適用することができる。例えば、シフトレバー８の動作（シフトポジションセンサ８ａの出力信号）、ブレーキペダル７の踏み込み動作、シートベルトの装着動作（シートベルトセンサ４ａの出力信号）等を第１のトリガーとして適用してもよい。
【０１１７】
また、運転者の意志に基づいて第１のトリガーや第２のトリガーを発生させるように、特定の操作ボタンやスイッチ等を運転席の操作パネルやイグニションキー５Ａ等に設けてもよい。また、ディスプレイ装置９の画面上に周知のタッチパネル（操作パネル）が表示されるよう当該装置を構成し、運転者が同タッチパネルへのタッチ操作を行うことにより、第１のトリガーや第２のトリガーが発生するようにしてもよい。また、ＥＣＵ３０に周知の音声認識機能を具備させることにより、例えば音響センサ（マイク）９ａを通じて運転者が音声による指令を発することで、この音声による指令をトリガーとして、プレヒートを実施するようにしても、上記実施の形態に準ずる効果を奏することはできる。
【０１１８】
また、同じく上記盗難防止装置の解除動作の開始に替え、エンジン１０の始動にイグニションスイッチの動作をプレヒートのトリガーとして適用することもできる。
【０１１９】
また、上記実施の形態では、水温センサ２５の出力信号、言い換えれば冷却系の一部位で検出された冷却水の温度（冷却水温）ＴＨＷを、エンジン１０の温度を代表するパラメータとして採用した。これに関わらず、エンジン１０の温度、若しくは吸気ポート１６の温度を反映する情報を取得する他の検出手段を採用することもできる。例えば、エンジン１０本体の温度や、吸気ポート１６内の温度を直接検出するセンサを設けたり、潤滑油の油温を検出する油温センサを設けることとしてもよい。さらに、冷却系の複数箇所に水温センサを設け、検出精度を高めるようにしてもよい。
【０１２０】
また、上記実施の形態において適用することとしたエンジンシステム１００の冷却系２０は、図３に示すように、シリンダブロック１０ａ内とシリンダヘッド１０ｂ内とにほぼ独立した冷却水の循環通路が形成されている。そして、プレヒート中には蓄熱容器２１およびシリンダヘッド１０ｂ間の循環通路Ｂのみ、とくにシリンダヘッド内では吸気ポートの近傍を優先的に冷却水が流れることで、吸気ポートの温度管理を他部位に優先して行うように構成されたものである。
【０１２１】
これに対し、例えば図１３に示すエンジンシステム１００'のように、その冷却系２０'が、シリンダブロック１０ａ及びシリンダヘッド１０ｂ内に共通の冷却水の循環通路を備え、プレヒート中にはエンジン１０全体に冷却水を循環させるものであっても、本発明を適用して上記実施の形態に準ずる効果を奏することはできる。
【０１２２】
また、例えば図１４に示すエンジンシステム１００''に本発明を適用してもよい。
【０１２３】
エンジンシステム１００''では、その冷却系２０''の一部として、エンジン１０を介して冷却水を循環させる循環通路２０ａの途中に通路２０ｂ及び通路２０ｃを並列配置し、各通路途中に蓄熱容器２１及び暖房用ヒータコア２３を設けられている。また、通路２０ｃを流れる冷却水の流量は、流量制御弁２４Ａにより自在に制御できるように構成されている。このような構成からなるエンジンシステム１００''にあっては、プレヒート中と通常の機関運転時とで、冷却系２０''内の冷却水が逆方向に流れることとなる。
【０１２４】
すなわち、プレヒート中には電動ポンプＥＰが作動することにより各部位で矢指Ｘ方向に冷却水が流れ、通常運転時には機械式ポンプＭＰが冷却水をエンジン１０内に引き込むよう動作することにより各部位で矢指Ｙ方向に冷却水が流れる。また、流量制御弁を全閉状態にして機械式ポンプが駆動すると、冷却水が概ねエンジン１０内に閉じ込められた状態で循環することとなる（矢指方向Ｚ）、このような態様でエンジン１０の始動直後等には、エンジン１０内の冷却水温を急速に暖機させることもできる。このような冷却系２０''の構成に上記実施の形態にかかる「プレヒート制御」を併用すれば、エンジン始動時前後に亘る暖機効率を一層高めることもできるようになる。
【０１２５】
また、上記実施の形態においては、エンジン１０と一体に構成された冷却系２０、２０'若しくは２０''と、ＥＣＵ３０とによって本発明にかかる蓄熱装置が構成されることとなっている。これに対し、何らかの方法で熱を蓄熱しておき、内燃機関の始動に先立って当該機関に熱供給を行うことのできる装置であれば、本発明にかかる蓄熱装置としての機能を果たし得る。言い換えれば熱を蓄え熱源として機能すれば、オイル等、他の熱媒体を介して蓄熱する装置であってもよく、また、熱を電力として蓄電する装置や、潜在的に熱を包含する化学物質を蓄え、その化学反応によって適宜発熱する装置を蓄熱装置として適用することもできる。そしてさらに、冷却水のような熱媒体を介さずとも、蓄熱装置からの輻射熱や伝熱により熱供給を行うようにエンジンシステムや、その他これに相当するシステム（装置）を構成してもよい。、
また、上記実施の形態にかかる車両に備えられた各種センサ機器やディスプレイ装置９等は、上記「プレヒート制御」に関する各々の実施態様に対応して具備されていればよく、必ずしも上述した全てのセンサ機器等が一実施の態様にとって不可欠な要素ではない。要は、適用対象となる車両、内燃機関、或いは制御装置に対し、必要となる部材（センサ機器等）を個別選択的に取り付けるようにすればよい。
【０１２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、機関始動前における温度条件が変動したり、機関始動に先立って必然的に発生する事象の発生タイミングが運転者の諸事情により不規則に変わるようなことがあっても、始動時における機関の燃焼状態や操作性を最適化することができる。その結果、排気特性を向上させ、また、運転者に与える快適感を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる車載用エンジンシステムが搭載される車両の一部を示す略図。
【図２】同実施の形態にかかる電子制御装置を中心としたエンジンシステムの電気的構成を概略的に示すブロック図。
【図３】同実施の形態にかかる車載用エンジンシステムを示す概略構成図。
【図４】同実施の形態にかかるエンジンについて、その燃焼室周辺の断面構造を部分的に拡大して示す略図。
【図５】同実施の形態にかかるエンジンシステムを概略的に示す模式図。
【図６】蓄熱容器の電動ポンプの作動態様を実験的に変更した結果として、シリンダヘッドの温度推移を示すタイムチャート。
【図７】本発明の第１の実施の形態にかかるプレヒート制御の実行手順を示すフローチャート。
【図８】キーシリンダをイグニションキーの挿入方向に向かってみた平面図。
【図９】第２の実施の形態にかかるプレヒート制御の実行手順を示すフローチャート。
【図１０】プレヒートの継続時間を決定するためのマップ上において、エンジンの冷却水温と、蓄熱容器内の水温と、プレヒートの継続時間とがどのような関係にあるかを示す関係図の一例。
【図１１】プレヒートの継続時間を決定するためのマップ上において、蓄熱容器２１内の水温と、プレヒートの継続時間とがどのような関係にあるかを示す関係図の一例。
【図１２】プレヒートの実施に伴うシリンダヘッドの温度推移を示すタイムチャート。
【図１３】他の実施の形態にかかるエンジンシステムを概略的に示す模式図。
【図１４】他の実施の形態にかかるエンジンシステムを概略的に示す模式図。
【符号の説明】
１ 車両
１０ エンジン
１ａ 運転席
２ 運転座席
２ａ 着座センサ
３ ドア
３ａ ドア開閉センサ
３ｂ ドアロックセンサ
４ インナーバックル
４ａ シートベルトセンサ
５ キーシリンダ
５ｂ スリット
５ｃ ロータ
５ｄ ケース
５Ａ イグニションキー
５Ｂ 通信チップ
６ アクセルペダル
７ ブレーキペダル
７ａ ブレーキセンサ
８ シフトレバー
８ａ シフトポジションセンサ
９ ディスプレイ装置
９ａ マイク
１０ エンジン
１０ａ シリンダブロック
１０ｂ シリンダヘッド
１１ 燃焼室
１２ 気筒
１３ ピストン
１４ 吸気バルブ
１６ 吸気ポート
１７ 排気ポート
１８ 燃料噴射弁
１９ 点火制御装置
１９ａ 点火プラグ
２０ 冷却系
２０ａ 循環通路
２１ 蓄熱容器（蓄熱手段）
２１ａ ハウジング
２１ｂ 冷却水収容部
２１ｃ 導入管
２１ｄ 排出管
２１ｅ，２１ｆ 逆止弁
２２ ラジエータ
２２ａ 電動ファン
２３ 暖房用ヒータコア
２３ａ 電動ファン
２４ サーモスタット
２４Ａ 流量制御弁
２５ 水温センサ
２６ スタータ
２８ 点灯ランプ
２９ スピーカ
３０ 電子制御装置（ＥＣＵ）
３１ 中央処理装置（ＣＰＵ）
３２ 読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）
３３ ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
３４ バックアップＲＡＭ
３５ タイマーカウンタ
３６ 外部入力回路
３７ 外部出力回路
３８ バス
１００ エンジンシステム
Ａ，Ｂ，Ｃ,Ｄ 循環通路
ＥＰ 電動ポンプ
ＭＰ 機械式ポンプ
Ｐａ 吸気ポート側冷却水通路
Ｐｂ 排気ポート側冷却水通路
Ｐ１ 外部通路

Claims (2)

1. 熱を蓄える蓄熱装置を有し、該蓄熱装置の蓄えた熱が所定の熱媒体を通じ
   て供給されることにより暖機処理がなされる車載用内燃機関であって、当該機関の始動に先立って発生することが予測され且つ当該機関の始動に関連する所定の事象の発生を検知する検知手段と、当該機関の温度を検出する温度検出手段と、前記所定の事象の発生が検知される前に検出された温度が所定値以上である場合には、前記所定の事象の発生が検知される前から前記熱媒体を通じた熱供給を行う一方、前記所定の事象の発生が検知されるタイミングより前に検出された温度が所定値を下回っている場合には、前記所定の事象の発生が検知されるタイミング以降に、前記熱媒体を通じた熱供給を行う熱供給制御手段と、を備えることを特徴とする車両搭載用内燃機関。
2. 当該機関の始動に先立って発生することが予測される前記所定の事象よりも、さらに先立って発生することが予測される他の事象の発生を検知する検知手段を備えて、且つ、前記熱供給制御手段は、前記他の事象の発生が検知されたときに、前記検出される温度が所定値以上である場合には、前記所定の事象の発生が検知される前から前記熱媒体を通じた熱供給を行う一方、前記他の事象の発生が検知されたときに、前記検出される温度が所定値を下回っている場合には、前記所定の事象の発生が検知されるタイミング以降に、前記熱媒体を通じた熱供給を行うことを特徴とする請求項１記載の車両搭載用内燃機関。

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