JP4049045B2 - 蓄熱装置付きエンジンシステム - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関を駆動源として備えたエンジンシステムに関し、特に、自身の蓄えた熱を内燃機関に供給する蓄熱装置を備えたエンジンシステムに関する。
駆動源としての内燃機関と、その内燃機関の運転中に暖められた冷却水を保温状態のまま蓄えておき、次回の機関始動時の暖機促進に役立てる蓄熱装置（蓄熱タンク）とを組み合わせたエンジンシステムが知られている。例えば特許文献１に記載されたエンジンシステムは、内燃機関の始動時、冷却水の温度が所定値を下回った場合に、蓄熱タンクに蓄えられた冷却水（熱水）を内燃機関に供給する。このような熱水供給により、機関始動時のドライバビリティや排気特性が向上する。
特開２００２−１２２０６１号公報
ところで、蓄熱タンクから供給される熱水は、所定の通路を通って内燃機関の冷却系に流入し、シリンダヘッドの吸気ポート内壁を暖める。ここで、冷却系に熱水が供給されることにより内燃機関の温度は徐々に上昇するが、温度上昇の態様は内燃機関の部位によって異なる。
例えば、直列４気筒型内燃機関のシリンダヘッドにおいて、気筒列の一方の端部から熱水を流入させ、気筒列の他方の端部に向かって流す場合、熱水の流入部位に最も近い気筒（吸気ポート）の温度上昇速度が最も速く、熱水の流入部位から最も離れた気筒（吸気ポート）の温度上昇速度が最も遅い。つまり、熱水供給の結果、複数の吸気ポートの温度にばらつきが生じる。この温度ばらつきは、各吸気ポートの温度上昇速度に起因するものであるため、熱水供給の実行時間（継続時間）が長いほど大きくなる。
複数の吸気ポート間に生じるこのような温度ばらつきは、複数の気筒間における燃焼状態のばらつきを誘引し、エンジンシステム全体としてのドライバビリティや排気特性を悪化させる懸念がある。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、蓄熱装置から内燃機関への熱供給を効率的に行うことのできる蓄熱装置付きエンジンシステムを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、
（１）内燃機関と、熱を蓄える蓄熱装置と、を備え、前記内燃機関の温度が所定の目標値となるように、前記蓄熱装置の蓄えた熱を所定の熱媒体を通じて前記内燃機関に供給するエンジンシステムであって、前記熱供給時における前記機関の温度に関する情報を取得する温度情報取得手段と、前記取得される情報に基づき前記目標値を設定する手段であって、前記機関の温度が低いほど前記目標値を小さな値に設定する目標値設定手段と、を備えることを要旨とする。
同構成によれば、熱供給時の温度が低いほど当該機関の温度の目標値を小さな値に設定することにより、内燃機関に供給される燃料の気化の促進に代表される熱水供給の正の効
果が、電力消費量の増大に代表される熱水供給の負の効果によって半減されることを防止することができる。また、熱供給に伴って起きる内燃機関の内部において温度分布の不均一化が進む前に（ばらつきが、ある程度以上大きくなる前に）、熱供給を止めることになる。この結果、内燃機関内部の温度分布のばらつきに起因する不具合が解消する。例えば、機関燃焼状態の安定性の低下、特に多気筒内燃機関において複数気筒間に生じる燃焼状態のばらつきが抑制される。
なお、「熱供給時」とは、熱供給を開始する時刻前後で、ある程度幅のある時間を意味する。
（２）前記目標値設定手段は、前記熱供給時の前記機関の温度が所定値を下回る場合に、その温度が低いほど前記目標値を小さな値に設定するのが好ましい。
内燃機関に供給される燃料の気化のし易さと、熱供給に用いられるエネルギーの消費量や供給可能な熱量とをあわせ考慮した場合に最も効率的に熱水供給を行うことができると推定される目標値、又は目標値の上限とすべき値が存在する。従って、同構成を採用して、熱供給時の温度を下回る場合にその温度が低いほど前記目標値を小さな値に設定する一方、熱供給時の前記機関の温度が所定値以上である場合、例えば目標値を変更しないようにすれば、熱供給に用いられるエネルギーの消費量や供給可能な熱量とをあわせ考慮した場合に効率的な熱水供給を行うことができる。
（３）内燃機関と、熱を蓄える蓄熱装置と、を備え、前記蓄熱装置の蓄えた熱を所定の熱媒体を通じて前記内燃機関に供給し暖機処理を行うエンジンシステムであって、前記熱供給時における前記機関の温度に関する情報を取得する温度情報取得手段と、前記取得される情報に基づき前記内燃機関に対する熱の供給量を設定する手段であって、その温度が低いほど前記内燃機関に対する熱の供給量を小さな値に設定する熱供給量設定手段と、を備えることを要旨とする。
なお、熱の供給量を設定する方法としては、具体的に様々な方法が考えられる。例えば熱媒体の供給量、熱媒体の供給時間、熱媒体の供給速度、熱供給を受ける内燃機関の温度の目標値の設定等として、熱供給量の設定を行い得る。
同構成によれば、内燃機関の始動時の温度が低いほど当該機関に対する熱の供給量を小さな値に設定することにより、熱媒体を通じた熱の供給に伴って起きる内燃機関の内部において温度分布の不均一化が進む前に（ばらつきがある程度以上大きくなる前に）、熱供給を止めることになる。この結果、内燃機関内部の温度分布のばらつきに起因する不具合が解消する。例えば、機関燃焼状態の安定性の低下、特に多気筒内燃機関において複数気筒間に生じる燃焼状態のばらつきが抑制される。
（４）当該エンジンシステムは、前記内燃機関の温度が所定の目標値となるように前記内燃機関への熱供給を行い、且つ、前記熱供給量設定手段は、その温度が低いほど前記熱供給の実行時間を短く設定するのが好ましい。
同構成によっても、熱媒体を通じた熱の供給に伴って起きる機関内部の温度分布の不均一化が進む前に（温度ばらつきがある程度以上大きくなる前に）、熱供給を止めることになる。この結果、内燃機関内部の温度分布のばらつきに起因する不具合が解消する。例えば、機関燃焼状態の安定性の低下、特に多気筒内燃機関において複数気筒間に生じる燃焼状態のばらつきが抑制される。
（５）前記熱供給量設定手段は、前記熱供給時における前記機関の温度が所定値を下回る場合に、その温度が低いほど前記内燃機関に対する熱の供給量を小さな値に設定するのが好ましい。
（６）前記温度情報取得手段が前記熱供給時に取得する情報には、外気の温度及び機関冷却水の温度のうち少なくとも一方が含まれるのが好ましい。
（７）前記内燃機関の温度は、機関冷却水の温度、吸気ポート内壁の温度及び前記機関を構成する気筒内壁の温度の少なくとも一つによって決定づけられるのが好ましい。
本発明のエンジンシステムによれば、内燃機関に対し蓄熱装置から熱供給を行うことによる正の効果、例えば内燃機関に供給される燃料の気化の促進に代表される効果を効率的に得ることができる。
以下、本発明を、車載用ハイブリッドエンジンシステムに適用した実施の形態について説明する。
〔エンジンシステムの基本構成〕
図１に示すように、ハイブリッドエンジンシステム（以下、エンジンシステムという）１は、内燃機関２０、モータ（モータ・ジェネレータ）３０、ジェネレータ（モータ・ジェネレータ）４０、動力分割機構５０、減速機６０、インバータ７０、バッテリ８０、電子制御ユニット（ＥＣＵ）９０、蓄熱タンク等を主要な構成要素として含む。内燃機関２０は、直列配置された４つの気筒ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤを備える。内燃機関２０のシリンダヘッド２０ａには、各気筒ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤの燃焼室に導入される空気の通路として吸気ポートＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤが形成されている。吸気ポートＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤには、ＥＣＵ９０の指令信号に基づいて適宜のタイミングで適宜の量の燃料をポート内に噴射供給する燃料噴射弁（図示略）が設けられている。内燃機関２０は、エンジンシステム１の搭載車両（移動体）の駆動輪９，１０に回転力を付与する他、ジェネレータ４０を駆動して電力を発生させる。ジェネレータ４０は、内燃機関２０に駆動されて電力を発生する場合の他、インバータ７０から電力供給を受けて内燃機関２０に回転力を付与する場合もある。モータ３０は、バッテリ８０或いはジェネレータ４０から電力の供給
を受けて駆動輪９，１０に回転力を付与する場合と、逆に駆動輪９，１０や内燃機関２０から回転力を付与されることで発電を行いバッテリ８０に充電用の電力を供給する場合とがある。モータ３０の回転軸３１は、減速機６０を介して駆動輪９，１０の回転軸９ａ，１０ａに連結される。
また、内燃機関２０のクランクシャフト２４と、モータ３０の回転軸３１と、ジェネレータ４０の回転軸４１とは、周知の遊星歯車（図示略）を内蔵する動力分割機構５０を介して相互に連結されている。遊星歯車は、相互にギア連結された３つの回転軸を有する。各回転軸は、クランクシャフト２４、モータ３０の回転軸３１、ジェネレータ４０の回転軸４１の何れかに結合している。遊星歯車は、その構成要素である３つの回転軸のうち、２つの回転速度（回転数）及びトルクが決まると、残りの回転軸の回転数及びトルクが必然的に定まる特性を有する。エンジンシステム１では、このような動力分割機構５０の特性を利用することにより、例えば内燃機関２０の発生する動力（クランクシャフト２４の回転力）をモータ３０の回転軸３１とジェネレータ４０の回転軸４１とに分割して伝達することができる。また、例えばモータ３０の発生する動力と内燃機関２０の発生する動力とを併せて利用し、駆動輪９，１０の回転軸９ａ，１０ａを回転させつつ、残りの動力でジェネレータ４０を駆動しバッテリ８０の充電を行うこともできる。また例えば、車両が停止している場合には、モータ３０が停止した状態でジェネレータ４０に電力を供給し、これをモータ駆動することにより、非燃焼状態にある内燃機関２０のクランクシャフト２４を回転し、機関燃焼を開始することもできる。さらに、モータ３０及びジェネレータ４０の両者に電力を供給し、これをモータ駆動することにより、車両を走行させながら、非燃焼状態にある内燃機関２０のクランクシャフト２４を回転し、機関燃焼を開始することもできる。
また、エンジンシステム１は、内燃機関２０、モータ３０、バッテリ８０等の作動状態に応じた信号を出力する各種センサ（図示略）を備える。これらセンサは、ＥＣＵ９０と電気的に接続されている。
ＥＣＵ９０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、バックアップＲＡＭおよびタイマーカウンタ等を備え、これら各部と、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路と、外部出力回路とが双方向性バスにより接続されて構成される論理演算回路を備える。ＥＣＵ９０は、各種センサ（図示略）の出力する信号を外部入力回路を介して入力し、これら信号に基づいて、内燃機関２０、モータ３０、バッテリ８０等の作動状態を把握し、これら要素２０，３０，８０等の作動状態に基づいてエンジンシステム１の運転状態を最適化するための各種制御を実施する。
〔冷却系の概略構成〕
エンジンシステム１は、内燃機関２０の運転に伴って発生する熱の一部（正確には熱せられた熱媒体としての冷却水の一部）を一時的に蓄え、必要に応じて内燃機関の暖機に利用する蓄熱システムを備える。蓄熱システムは、冷却水を循環させる通路の途中に設けられた蓄熱タンク（蓄熱装置）１００の他、内燃機関２０内に形成された冷却水の循環系と蓄熱タンク１００との間で冷却水の交換を行うための各種通路部材および電動式ウォータポンプＥＰ等を含んで構成される。
図２は、蓄熱タンク１００を含めた内燃機関２０の冷却系を概略的に示す構成図である。内燃機関２０と蓄熱タンク１００との間で冷却水を循環させる循環通路Ａ（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）、内燃機関２０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）Ｂ、内燃機関２０とラジエータ１０１との間で冷却水を循環させる循環通路Ｃ、内燃機関２０と暖房用ヒータコア１０２との間で冷却水を循環させる循環通路Ｄ（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）等によって構成されている。なお、共通通路Ａ１（Ｄ３）は、循環通路Ａの一部をなすとともに、循環通路Ｄの一部をなす。このように、冷却系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、この冷却系内を循環する冷却水は、熱媒体として内燃機関２０との間で熱交換を行うことにより内燃機関２０各部の冷却又は昇温を行う。
冷却系を構成する上記各循環通路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄには、冷却水の挙動や温度を制御又は検出する各種部材が設けられている。電動式ウォータポンプ（電動ポンプ）ＥＰは、ＥＣＵ９０からの指令信号に基いて作動し、循環通路Ａ内の冷却水を矢印αの方向に流動させる。循環通路Ａの電動ポンプＥＰ近傍には蓄熱タンク１００が設けられている。蓄熱タンク１００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、蓄熱タンク１００は、ハウジング１００ａと、同ハウジング１００ａ内に収納された冷却水収容部１００ｂとを備えた二重構造を有する。ハウジング１００ａ及び冷却水収容部１００ｂの間隙はほぼ真空状態に保たれ、冷却水収容部１００ｂの内部空間と外部とを断熱状態に保つ。蓄熱タンク１００から通路Ａ４に排出される冷却水（熱水）は、内燃機関２０のシリンダヘッド２０ａに導入され、同シリンダヘッド２０ａ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。機械式ウォータポンプ（機械ポンプ）ＭＰは、内燃機関２０の出力軸から伝達される駆動力を用い、循環通路Ｂ内の冷却水を流動させる。循環通路Ｃに設けられたラジエータ１０１は、加熱された冷却水の熱を外部に
逃がす（冷却水に放熱を促す）。循環通路Ｄに設けられた暖房用ヒータコア１０２は、内燃機関２０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。内燃機関２０内部の循環通路Ｂに設けられた水温センサ１０４ａは、同通路Ｂ内の冷却水の温度（冷却水温）に応じた検出信号をＥＣＵ９０に出力する。また、循環通路Ａの蓄熱タンク１００近傍に設けられた水温センサ１０４ｂは、同通路Ａ内の冷却水の温度（冷却水温）に応じた検出信号をＥＣＵ９０に出力する。循環通路Ａの一部をなす通路Ａ２と、循環通路Ｄの一部をなす通路Ｄ２と、循環通路Ａ及び循環通路Ｄの一部をなす共通通路Ａ１（Ｄ３）とは、三方弁１０５によって連結されている。三方弁１０５は、ＥＣＵ９０の指令信号に基づいて電磁駆動される周知の制御弁である。
〔冷却系内の流路切替え〕
ＥＣＵ９０は、エンジンシステム１の状態や外部の状況に応じ、冷却系内に形成される冷却水の流路を切り替える制御を行う。例えば、内燃機関２０が通常の運転状態（燃焼状態）にある場合、循環通路Ｂ（内燃機関２０）、循環通路Ｃ（ラジエータ１０１）及び循環通路Ｄ（暖房用ヒータコア１０２）を通じて冷却水を循環させ、内燃機関２０の冷却及び運転室（図示略）の暖房等を行う。一方、内燃機関２０の温度が所定値を下回っていることを含む所定の条件が成立した場合、蓄熱タンク１００に蓄えられた熱水を、当該機関２０が始動する前に、循環通路Ａを通じ内燃機関２０に供給する（内燃機関２０の暖機処理をする）。
図３は、内燃機関２０の冷却系における冷却水の流路を例示する略図である。内燃機関２０の運転状態、電動ポンプＥＰの作動状態及び三方弁１０５の状態に応じ、冷却系内の冷却水の流路は以下のように切り替わる。
図３（ａ）に示す流路は、内燃機関２０の運転中に形成される流路の一例である。この流路は、三方弁１０５の機能に基づき、Ａ２通路の開口端が閉じ、且つ通路Ｄ２，Ｄ３（Ａ１）間が連通する状態となり、機械ポンプＭＰ（内燃機関２０）が作動し、電動ポンプＥＰが停止している場合に形成される。この場合、循環通路Ｂ（内燃機関２０）内を冷却水が循環する他、循環通路Ｂ内に設けられる周知のサーモスタット（図示略）の機能に基づき循環通路Ｃ（ラジエータ１０１）内を冷却水が循環する。また、循環通路Ｄ（暖房用ヒータコア１０２）内を冷却水が循環する。
図３（ｂ）に示す流路は、内燃機関２０の運転中に形成される流路の他の例である。この流路は、三方弁１０５の機能に基づき、Ａ２通路の開口端が閉じ、且つ通路Ｄ２，Ｄ３（Ａ１）間が連通する状態となり、機械ポンプＭＰ（内燃機関２０）が作動し、電動ポンプＥＰが停止している場合に形成される。この場合、循環通路Ｂ（内燃機関２０）内を冷却水が循環する他、循環通路Ｂ内に設けられる周知のサーモスタット（図示略）の機能に基づき循環通路Ｃ（ラジエータ１０１）内を冷却水が循環する。また、機械ポンプＭＰの駆動力に基づき、通路Ａ４→蓄熱タンク１００→通路Ａ３→電動ポンプＥＰ→三方弁１０５→通路Ａ１（Ｄ３）の順に冷却水が移動する。この結果、内燃機関２０が運転に伴って発する熱により暖められた冷却水（熱水）が蓄熱タンク１００に回収される。
図３（ｃ）に示す流路は、内燃機関２０の停止中、蓄熱タンク１００に蓄えられた熱水を内燃機関２０に供給するためのものである。この流路は、三方弁１０５の機能に基づき、通路Ｄ２の開口端が閉じ、且つ通路Ａ１（Ｄ３），Ａ２間が連通する状態となり、電動ポンプＥＰが作動し、機械ポンプＭＰ（内燃機関２０）が停止している場合に形成される。この場合、電動ポンプＥＰの駆動力に基づき、通路Ａ１（Ｄ３）→三方弁１０５→電動ポンプＥＰ→通路Ａ３→蓄熱タンク１００→通路Ａ４の順に冷却水が移動する。この結果、蓄熱タンク１００に蓄えられた熱水が内燃機関２０に供給される。
例えば機関始動の際、シリンダヘッド２０ａ内の温度が所定値を下回っていると、機関燃焼に供される燃料が気化し難いため、燃焼状態の悪化や、排気特性の悪化を招来する。このような場合、ＥＣＵ９０は、内燃機関２０の暖機処理として、三方弁１０５及び電動ポンプＥＰの操作を通じて図３（ｃ）の流路を形成し、蓄熱タンク１００から内燃機関２０に熱水を供給して吸気ポートの内壁等を昇温する制御（以下、単に熱水供給という）を行う。熱水供給を行うことにより、内燃機関２０の各気筒における燃焼状態や排気特性が改善する。
〔吸気ポート内壁温度の気筒間ばらつき〕
熱水供給の実行に伴い、蓄熱タンク１００に蓄えられた熱水は先ず通路Ａ４を通って内燃機関２０のシリンダヘッド２０ａに流入する。シリンダヘッド２０ａに流入した熱水は、吸気ポートＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤの近傍を順次通過しつつ各吸気ポートの内壁を昇温させる。ここで、シリンダヘッド２０ａ内を移動する間に熱水の温度は徐々に低下するため、熱水による吸気ポート内壁の昇温効果（例えば昇温速度）は吸気ポート（気筒）毎に異なる。
図４は、熱水供給に伴う吸気ポート内壁の温度推移を例示するタイムチャートである。線ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤは、各々吸気ポートＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤの内壁の温度推移を示す。また、時刻ｔ０は、熱水供給の開始時刻を示す。同図４に示すように、何れの吸気ポートにおいても、その内壁温度は、熱水供給の開始後、所定時間が経過した後に上昇し始める。しかし、内壁温度が上昇し始める時刻及びその温度上昇速度は吸気ポート毎に異なる。例えば、最も早い時刻に内壁温度が上昇を始め（ｔ１）、且つ、その温度上昇速度が最も速いのは、熱水流路の最上流側に位置する吸気ポートＰＡであり、最も遅い時刻に内壁温度が上昇を始め（ｔ４）、且つその温度上昇速度が最も遅いのは熱水流路の最下流側に位置する吸気ポートＰＤである。つまり、熱水流路の下流側に位置する吸気ポートほど内壁温度の開始時刻は遅くなり、その温度上昇速度は遅くなる。また、このような温度上昇の開始時刻の相違や温度上昇速度の相違に起因し、吸気ポートＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤの内壁温度は任意時刻において相互にばらつく。さらに、この内壁温度のばらつきは、温度上昇速度の相違に起因し時間の経過とともに拡大する傾向がある。
吸気ポート内壁の温度が上昇するにつれて、その吸気ポート内に噴射供給される燃料が気化（又は微粒子化）し易くなり、気筒内における燃焼状態の安定性が基本的には向上する。しかし、吸気ポート内壁の温度が複数の吸気ポートの間で異なると、気筒毎に燃焼状態が異なるようになり、内燃機関２０全体としてのドライバビリティや排気特性は悪化するという側面もある。
〔吸気ポート内壁温度の初期値の影響〕
次に、吸気ポート内壁温度の初期値が機関燃焼状態の気筒間のばらつきに及ぼす影響について説明する。
今、以下のような手順で熱水供給を行う場合を考える。
（１）熱水流路の最下流側に位置する吸気ポートＰＤの内壁温度に所定の目標値（例えば４０℃）ＴＴＲＧを設定する。
（２）次に、内燃機関２０の始動前、吸気ポートＰＤの内壁温度が目標値ＴＴＲＧに達するまで熱水供給を継続する。
（３）吸気ポートＰＤの内壁温度が目標値ＴＴＲＧに達した時点で熱水供給を止め、内燃機関２０を始動する。
図５（ａ）には、熱水流路の最下流側に位置する吸気ポートＰＤの内壁温度の初期値ＴＩＮＴが２５℃である場合、その温度が所定の目標値ＴＴＲＧ（４０℃）になるまでに観測される吸気ポートの内壁温度の推移を示す。また、図５（ｂ）には熱水流路の最下流側に位置する吸気ポートＰＤの内壁温度の初期値ＴＩＮＴが５℃である場合、その温度が所定の目標値ＴＴＲＧ（４０℃）になるまでに観測される吸気ポートの内壁温度の推移を示す。なお、両図５（ａ）及び図５（ｂ）は同一の時間軸（横軸）を有する。また、両図５（ａ）及び図５（ｂ）中の線ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ，ＬＤは、各々吸気ポートＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤの内壁温度の推移を示す。
図５（ａ）及び図５（ｂ）を比較して明らかにように、吸気ポートＰＤの内壁温度が目標値ＴＴＲＧになったときの４つの吸気ポート間の内壁温度のばらつきは、目標値ＴＴＲＧが同等であっても、初期値ＴＩＮＴが低いほど大きくなる。目標値ＴＴＲＧと初期値ＴＩＮＴの差が大きいほど熱水供給の実行時間（継続時間）が長くなり、且つ、熱水供給の継続時間が長くなるほど熱水供給終了時における４つの吸気ポート間の内壁温度のばらつきが大きくなるためである。４つの吸気ポート間の内壁温度のばらつきが大きくなると気筒毎に燃焼状態が異なるようになる。つまり、例えば、噴射供給される燃料の気化のし易さという観点から、全ての気筒にとって有利な目標値ＴＴＲＧを定めて熱水供給を行った場合、初期値ＴＩＮＴが小さいほど４つの吸気ポート間の内壁温度のばらつきが大きくなり、気筒毎に燃焼状態が異なるようになる。その結果、内燃機関２０の始動時において、内燃機関２０全体としてのドライバビリティや排気特性が悪化し易くなり、熱水供給の効果が半減しかねない。
〔本実施の形態で実行される熱水供給の概要〕
本実施の形態のエンジンシステム１は、熱水供給の実行に際し、内燃機関２０の温度の初期条件が異なる場合であれ、始動時における内燃機関２０のドライバビリティや排気特性を効果的に改善することのできる制御構造を採用する。以下、本実施の形態にかかる熱水供給の具体的な内容について説明する。
エンジンシステム１は、熱水供給の実行に際し、上記吸気ポートＰＤの内壁温度の初期値ＴＩＮＴに相当するパラメータ（以下、温度初期値ＴＩＮＴＸという）に応じ、上記吸気ポートＰＤの内壁温度の目標値ＴＴＲＧに相当するパラメータ（以下、温度目標値ＴＴＲＧＹという）を可変設定する。
図６は、温度初期値ＴＩＮＴＸ及び温度目標値ＴＴＲＧＹ間の関係の一例を示すグラフである。同図６において、所定値Ｔ１は、燃料噴射弁を通じて吸気ポートに噴射供給される燃料の気化のし易さと、熱水供給に用いられるエネルギーの消費量（例えば電動ポンプの消費電力）や蓄熱タンク１００の容量とをあわせ考慮した場合に最も効率的熱水供給を行うことができると推定される温度目標値ＴＴＲＧＹに相当する。エンジンシステム１のハードウエア特性にもよるが、所定値Ｔ１として例えば４０℃程度の値を設定することができる。また、温度目標値ＴＴＲＧＹを温度初期値ＴＩＮＴＸの一次関数とする両パラメータＴＴＲＧＹ，ＴＩＮＴＸの関係は、温度初期値ＴＩＮＴＸが低くいほど温度目標値ＴＴＲＧＹを低く設定すれば熱水供給終了時における燃焼状態の気筒間ばらつきが抑制できるといった原理に基づいて設定されたものである。
本実施の形態のエンジンシステム１は、直線「ＴＴＲＧＹ＝ｆ（ＴＩＮＴＸ）」及び直線「ＴＴＲＧＹ＝Ｔ１」の交点Ｐ１に対応する温度初期値ＴＩＮＴＸを境界として、「ＴＩＮＴＸ＜ＴＩＮＴ１」の範囲では温度目標値ＴＴＲＧＹとして一次関数ｆ（ＴＩＮＴＸ）を採用し、「ＴＩＮＴＸ≧ＴＩＮＴ１」の範囲では温度目標値ＴＴＲＧＹとして所定値Ｔ１を採用して熱水供給を実行する。つまり、熱水供給の開始後、内燃機関２０の温度が温度目標値ＴＴＲＧＹに達した場合には、内燃機関２０を始動するか否かに関わらず、熱水供給を終了する（電動ポンプＥＰを停止する）。
この結果、熱水供給の終了時、言い換えると内燃機関２０の始動時における燃焼状態の気筒間ばらつきを抑制することができる。
なお、温度初期値ＴＩＮＴＸが低いほど温度目標値ＴＴＲＧＹを低く設定する範囲において、一次関数ｆ（ＴＩＮＴＸ）に代えて非線形の関数ｇ（ＴＩＮＴＸ）を採用したり（図７参照）、温度初期値ＴＩＮＴＸに対応する数値として予め設定した（記憶した）データを採用するようにしてもよい。
要は、熱水供給の継続による４つの吸気ポート間における内壁温度のばらつきの拡大を抑制しつつ、熱水供給の継続によって吸気ポート内の燃料の気化の促進が効果的に図られるように、温度初期値ＴＩＮＴＸと温度目標値ＴＴＲＧＹとの関係を決定するのが好ましい。
〔熱水供給制御の具体的な手順〕
以下、本実施の形態における熱水供給を実行するための具体的な制御手順について、フローチャートを参照して説明する。
図８には、熱水供給（暖機処理）を行うための制御ルーチンを示す。本ルーチンは、エンジンシステム１の作動中、ＥＣＵ９０を通じて周期的に実行される。本ルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ９０は、先ずステップＳ１０１において、熱水供給の開始条件が成立しているか否かを判断する。具体的には、（１）エンジンシステム１の搭載車両の運転席側ドアが開いており、（２）バッテリ８０の電圧（蓄電量）が所定値を上回っている場合に、熱水供給の開始条件が成立したものと判断する。熱水供給の開始条件が成立していなければ、ＥＣＵ９０は特段の処理を行うことなく本ルーチンを一旦抜ける。一方、熱水供給の開始条件が成立している場合、ＥＣＵ９０は、熱水供給の実行中であるか否かを判断する(ステップＳ１０２)。
〈熱水供給の開始〉
ステップＳ１０２での判断が否定であるということは、熱水供給の実行条件が成立し、且つ、現在のところ熱水供給を実行していないことを意味する。この場合、ＥＣＵ９０は、現在の温度（温度初期値）ＴＩＮＴＸに基づき予め設定された関数（図６、図７を参照）を利用して温度目標値ＴＴＲＧＹを決定（設定）し（Ｓ１０３Ａ）、熱水供給を開始する（Ｓ１０３Ｂ）。
〈熱水供給の終了〉
一方、ステップＳ１０２での判断が肯定である場合（熱水供給の実行中である場合）、ＥＣＵ９０は、内燃機関２０の温度が温度目標値ＴＴＲＧＹに達したか否かを判断する。そしてＥＣＵ９０は、内燃機関２０の温度が未だ温度目標値ＴＴＲＧＹに達していなければ、特段の処理を行うことなく本ルーチンを抜ける。この場合、熱水供給は継続されることになる。一方、内燃機関２０の温度が温度目標値ＴＴＲＧＹ以上である場合、ＥＣＵ９０は、熱水処理の終了処理を行い（電動ポンプＥＰを停止し、且つ、冷却水の流路が図３（ａ）の状態となるように三方弁１０５を操作して）、本ルーチンを一旦抜ける。
このように、本実施の形態のエンジンシステム１によれば、熱水供給制御の実行に際し、内燃機関２０の温度の初期条件が異なる場合であれ（特に、当該温度が比較的低い場合であれ）、内燃機関の始動時における吸気ポートの内壁温度の気筒間ばらつきの拡大を抑制することができる。なお、吸気ポートの内壁温度の気筒間ばらつきは、本質的には、熱水供給に伴い内燃機関２０の内部の温度分布の不均一化が進行することで生じる。そしてこのような機関内部の温度分布の不均一化は、多気筒内燃機関のみならず、単一の気筒からなる内燃機関においても生じる。従って、単一の気筒から内燃機関を備えたエンジンシ
ステムに本発明を適用しても、本実施の形態に準ずる効果を奏することはできる。
さらに、本実施の形態にかかる制御構造を採用することにより、以下の効果を得ることもできる。すなわち、温度目標値ＴＴＲＧＹを固定した場合、温度初期値ＴＩＮＴＸが低くなるほど熱水供給の継続時間が長くなり、必要となる熱水の量や電動ポンプＥＰの消費電力量が増大し、電動ポンプＥＰの電力消費量の増大に代表される熱水供給の負の効果が大きくなる。その一方、熱水供給の継続時間が長くなるほど内燃機関２０に対する熱水供給量が大きくなり、内燃機関２０に供給される燃料の気化の促進に代表される熱水供給の正の効果は大きくなる。しかし、熱水供給の継続時間が長くなるほど負の効果が正の効果を上回るようになる。つまり、本実施の形態によれば、内燃機関２０に供給される燃料の気化の促進に代表される熱水供給の正の効果が、電動ポンプＥＰの電力消費量の増大に代表される熱水供給の負の効果によって半減されることを防止することができる。
なお、本実施の形態の制御構造に用いられる「内燃機関２０の温度」としては、温度に関する様々な情報を利用できる。例えば、吸気ポートＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤの内壁の平均的な温度、気筒ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＤの平均的な温度、シリンダヘッド２０ａ全体の平均的な温度又は内燃機関２０全体の平均的な温度を、内燃機関２０の温度として利用できる。また、特定の吸気ポート、特定の気筒、その他の内燃機関２０の特定部位の温度であってもよい。そして、これらパラメータは、例えば水温センサ１０４ａの検出信号に基づいて推定するようにしてもよいし、その他、内燃機関２０の特定部位に温度センサを設け、その温度センサの検出信号に基づいて検出又は推定するようにしてもよい。また、内燃機関２０の運転状態（機関負荷やエンジン回転数等）に基づいて推定することも可能である。
ところで、内燃機関２０の停止中、例えば内燃機関２０の内部で局所的な温度変化が生じる場合もある。このため、内燃機関２０の特定部位に設けられた温度センサの出力よりも、前回以前の運転時等に把握された内燃機関２０の温度の履歴の方が機関全体の温度を反映するパラメータとして信頼性が高い場合もある。このため、前回の機関運転時、又は機関始動時等に検出された信号や推定値の履歴に基づいて、今回の熱水供給で採用される内燃機関２０の温度を推定してもよい。このように以前に把握された内燃機関２０の温度の履歴に基づいて今回の熱水供給で採用される内燃機関２０の温度を推定する手法は、内燃機関２０が比較的頻繁に始動・停止を繰り返すハイブリッドエンジンシステム１では、有効な手段として採用され得る。
また、内燃機関２０の温度初期値ＴＩＮＴＸに代え、内燃機関２０の外部の温度（例えば外気温）の初期値を採用することもできる。
また、温度初期値ＴＩＮＴＸに基づいて温度目標値ＴＴＲＧＹを設定する制御構造に代え、蓄熱タンク１００から内燃機関２０に供給する熱量を設定する制御構造を採用してもよい。内燃機関２０に供給される熱量は、例えば蓄熱タンク１００に蓄えられている熱水の温度と、熱供給の継続時間と、熱供給の実行中通路Ａ４を通じて内燃機関２０のシリンダヘッド２０ａに流入する熱水の体積流量とに基づいて推定することができる。
また、上記実施の形態では、本発明を車載用ハイブリッドエンジンシステムに適用したが、これに限らず、内燃機関のみを駆動源として備えるエンジンシステムに適用することもできる。
また、吸気ポートに燃料を噴射供給するタイプの内燃機関（２０）に限らず、燃焼室内に直接燃料を噴射供給するタイプの内燃機関を備えたエンジンシステムにも本発明を適用することはできる。
さらに、本発明を、車両以外の移動体を駆動するためのエンジンシステムに適用することもできる。
本発明の一実施の形態におけるエンジンシステムを示す概略構成図。 同実施の形態の内燃機関の冷却系を概略的に示す構成図。 同実施の形態の内燃機関の冷却系における冷却水の流路構成を例示する略図。 熱水供給に伴う吸気ポート内壁の温度推移を例示するタイムチャート。 熱水供給の実行中に観測される４つの吸気ポートの内壁温度の推移を同一時間軸上に示すタイムチャート。 温度初期値及び温度目標値の関係の一例を示すグラフ。 温度初期値及び温度目標値の関係の他の例を示すグラフ。 熱水供給（暖機処理）を行なうための制御ルーチン。
符号の説明
１・・・ハイブリッドエンジン（エンジンシステム）
２０・・・内燃機関
２０ａ・・・シリンダヘッド
２１・・・吸気通路
２１ａ・・・スロットル弁
２２・・・排気通路
２４・・・クランクシャフト
３０，４０・・・モータ・ジェネレータ
３１，４１・・・回転軸
５０・・・動力分割機構
６０・・・減速機
７０・・・インバータ
８０・・・バッテリ
９０・・・電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１００・・・蓄熱タンク（蓄熱装置）
１００ａ・・・ハウジング
１００ｂ・・・冷却水収容部
１０４ａ，１０４ｂ・・・水温センサ
１０５・・・三方弁
ＥＰ・・・機械式ウォータポンプ
ＭＰ・・・電動式ウォータポンプ

Claims (5)

  1. 内燃機関と、熱を蓄える蓄熱装置と、を備え、前記蓄熱装置の蓄えた熱を所定の熱媒体を通じて前記内燃機関に供給し暖機処理を行うエンジンシステムであって、
    前記熱供給時における前記機関の温度に関する情報を取得する温度情報取得手段と、
    前記取得される情報に基づき前記内燃機関に対する熱の供給量を設定する手段であって、その温度が低いほど前記内燃機関に対する熱の供給量を小さな値に設定する熱供給量設定手段と、
    を備えることを特徴とする蓄熱装置付きエンジンシステム。
  2. 当該エンジンシステムは、前記内燃機関の温度が所定の目標値となるように前記内燃機関への熱供給を行い、且つ、
    前記熱供給量設定手段は、その温度が低いほど前記熱供給の実行時間を短く設定する
    ことを特徴とする請求項１記載の蓄熱装置付きエンジンシステム。
  3. 前記熱供給量設定手段は、前記熱供給時における前記機関の温度が所定値を下回る場合に、その温度が低いほど前記内燃機関に対する熱の供給量を小さな値に設定することを特徴とする請求項１又は２記載の蓄熱装置付きエンジンシステム。
  4. 前記温度情報取得手段が前記熱供給時に取得する情報には、外気の温度及び機関冷却水の温度のうち少なくとも一方が含まれる
    ことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の蓄熱装置付きエンジンシステム。
  5. 前記内燃機関の温度は、機関冷却水の温度、吸気ポート内壁の温度及び前記機関を構成する気筒内壁の温度の少なくとも一つによって決定づけられる
    ことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の蓄熱装置付きエンジンシステム。
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