(57)【要約】【課題】低燃費・低有害ガス・快適性をより高い次元で成立することのできる内燃機関およびその制御装置を提供する。【解決手段】制御装置５０は、エンジン１に対して、排気弁閉状態でピストンの下降に伴い吸気弁が開いて燃焼室への吸気が行われ、吸気弁が閉じる第２吸気行程と、吸気弁および排気弁が閉じており、燃焼室点火プラグが火花を発生させることにより、燃焼室内の混合気を燃焼させる第２燃焼行程と、吸気弁は閉じており、ピストンの上昇に伴い排気弁が開き燃焼室内の燃焼ガスが排気される第２排気行程とからなる１サイクルをクランク軸の１回転を１周期として繰り返し実行する熱創出モード、およびクランク軸にトルクを生じせしめるいわゆる４ストロークサイクル機関として作動する動力モードのどちらか一つの運転モードを選択して、選択されたモード運転をするように制御する。【選択図】図５
2011202547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、
前記シリンダ内を往復動するピストンと、
前記ピストンに連結されて、前記ピストンの往復動による運動エネルギを回転力として外部に出力するクランク軸と、
前記シリンダおよび前記ピストンによって構成され、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼室と、
前記燃焼室に設けられ、前記混合気を燃焼させるための火花を発生させる燃焼室点火プラグと、
前記燃焼室へ空気を導入する吸気ポートと前記燃焼室との間に設けられた吸気弁と、
前記燃焼室で前記混合気が燃焼して生じる燃焼ガスを排出する排気ポートと前記燃焼室との間に設けられた排気弁と、を備え、
前記排気弁は閉じており、前記ピストンの下降に伴い前記吸気弁が開いて前記燃焼室への吸気が行われ、前記ピストンが下死点となることに基づいて前記吸気弁が閉じる第１吸気行程と、
前記第１吸気行程に続いて行われ、前記吸気弁および前記排気弁が閉じており、前記燃焼室内の気体が圧縮される第１圧縮行程と、
前記第１圧縮行程に続いて行われ、前記吸気弁および前記排気弁が閉じており、前記燃焼室点火プラグが火花を発生させることにより、前記圧縮行程にて圧縮された前記燃焼室内の前記混合気を燃焼させる第１燃焼行程と、
前記第１燃焼行程に続いて行われ、前記吸気弁は閉じており、前記ピストンの上昇に伴い前記排気弁が開き前記燃焼室内の燃焼ガスが排気される第１排気行程と、が実行される内燃機関において、
前記排気弁は閉じており、前記ピストンの下降に伴い前記吸気弁が開いて前記燃焼室への吸気が行われ、前記吸気弁が閉じる第２吸気行程と、
前記第２吸気行程に続いて行われ、前記吸気弁および前記排気弁が閉じており、前記燃焼室点火プラグが火花を発生させることにより、前記燃焼室内の前記混合気を燃焼させる第２燃焼行程と、
前記第２燃焼行程に続いて行われ、前記吸気弁は閉じており、前記ピストンの上昇に伴い前記排気弁が開き前記燃焼室内の燃焼ガスが排気される第２排気行程と、が実行され、
前記内燃機関を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記第１吸気工程、前記第１圧縮工程、前記第１燃焼行程、前記第１排気工程からなる１サイクルを、前記クランク軸の２回転を１周期として繰り返し実行する動力モード、および前記第２吸気工程、前記第２燃焼行程、前記第２排気工程からなる１サイクルを、前記クランク軸の１回転を１周期として繰り返し実行する熱創出モード、のどちらか一つを選択するモード選択部と、前記モード選択部により前記動力モードが選択された場合に前記内燃機関に対して前記動力モードの作動をするように制御する動力制御実行部と、前記モード選択部により前記熱創出モードが選択された場合に前記内燃機関に対して前記熱創出モードの作動をするように制御する熱創出制御実行部と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
シリンダと、
前記シリンダ内を往復動するピストンと、
前記ピストンに連結されて、前記ピストンの往復動による運動エネルギを回転力として外部に出力するクランク軸と、
前記シリンダおよび前記ピストンによって構成され、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼室と、
前記燃焼室に設けられ、前記混合気を燃焼させるための火花を発生させる燃焼室点火プラグと、
前記燃焼室へ空気を導入する吸気ポートと前記燃焼室との間に設けられた吸気弁と、
前記燃焼室で前記混合気が燃焼して生じる燃焼ガスを排出する排気ポートと前記燃焼室との間に設けられた排気弁と、
前記排気ポートに設けられ、前記混合気を燃焼させるための火花を発生させる排気ポート点火プラグと、を備え、
前記排気弁は閉じており、前記ピストンの下降に伴い前記吸気弁が開いて前記燃焼室への吸気が行われ、前記ピストンが下死点となることに基づいて前記吸気弁が閉じる第１吸気行程と、
前記第１吸気行程に続いて行われ、前記吸気弁および前記排気弁が閉じており、前記燃焼室内の気体が圧縮される第１圧縮行程と、
前記第１圧縮行程に続いて行われ、前記吸気弁および前記排気弁が閉じており、前記燃焼室点火プラグが火花を発生させることにより、前記圧縮行程にて圧縮された前記燃焼室内の前記混合気を燃焼させる第１燃焼行程と、
前記第１燃焼行程に続いて行われ、前記吸気弁は閉じており、前記ピストンの上昇に伴い前記排気弁が開き前記燃焼室内の燃焼ガスが排気される第１排気行程と、が実行される内燃機関において、
前記排気弁は閉じており、前記ピストンの下降に伴い前記吸気弁が開いて前記燃焼室への吸気が行われ、前記吸気弁が閉じる第２吸気行程と、
前記第２吸気行程に続いて行われ、前記ピストンの上昇に伴い前記排気弁が開き前記燃焼室内の混合気が排気される第３排気行程と、
前記第３排気行程に続いて行われ、前記吸気弁は閉じており、前記排気ポート点火プラグが火花を発生させることにより、前記排気ポート内の前記混合気を燃焼させる第３燃焼行程と、が実行され、
前記内燃機関を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記第１吸気工程、前記第１圧縮工程、前記第１燃焼行程、前記第１排気工程からなる１サイクルを、前記クランク軸の２回転を１周期として繰り返し実行する動力モード、および前記第２吸気工程、前記第３排気工程、前記第３燃焼行程からなる１サイクルを、前記クランク軸の１回転を１周期として繰り返し実行する熱創出モード、のどちらか一つを選択するモード選択部と、前記モード選択部により前記動力モードが選択された場合に前記内燃機関に対して前記動力モードの作動をするように制御する動力制御実行部と、前記モード選択部により前記熱創出モードが選択された場合に前記内燃機関に対して前記熱創出モードの作動をするように制御する熱創出制御実行部と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２のどちらか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
当該内燃機関は、複数のシリンダを有していることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
前記排気ポートおよび前記排気ポートの出口側に接続される排気管の少なくともどちらか一方内に設けられる熱交換器を備え、
前記熱交換器は、前記排気ポートの外部から前記熱交換器内に導入された流体と前記混合気が燃焼して生成された燃焼ガスとの間の熱交換を行うものであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
前記流体は、前記内燃機関の冷却水であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載される内燃機関の制御装置を備えることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置および当該制御装置を備えた内燃機関に関するものであり、特に始動後短時間で暖機が可能である内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、燃料を化学反応させて得られた熱エネルギを運動エネルギとして取り出すべく、およそ１００年前に発明された技術である。内燃機関では、燃料としては、たとえばガソリンや軽油やエタノール等が使用されている。燃料としてガソリンが使用される場合には、内燃機関の作動サイクルとしては公知のオットーサイクルが採用されている。そして、内燃機関が誕生して以来、オットーサイクルの効率を高めることを目指した技術、言い換えるとオットーサイクル中の正の仕事、つまり、後述する図８に示すＰＶ線図上における斜線部の面積を広げることを目指した技術が多数発明されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２９６４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関（以降、エンジンと表す）が誕生して以来、エンジンの熱効率は飛躍的に向上しているものの、エンジンは已然として下記のような課題を抱えている。
（１）冷間始動時において、エンジン本体・冷却水・潤滑オイルの温度が低く、安定した温度まで高上するのに時間がかかる。このため、エンジン温度が安定するまでの間は、エンジンの摩擦力（例えばピストンとシリンダとの摺接部等）が大きく、燃料の蒸発が不十分で良好な混合気が形成されないので燃焼が不安定となり、燃費が悪くなる。また、排気浄化システムの作動、例えば触媒の機能が不安定となり、排気中の有害成分低減が困難となる。
（２）エンジンを自動車の原動機として採用した場合、自動車の車室暖房用熱源としてエンジンが発生する熱を利用しているが、冷間始動時における暖房性能が低い、つまり車室温度が快適温度に達するまでに時間がかかる。
（３）自動車において原動機であるエンジンを間歇的に運転する場合がある。たとえば、自動車停止時にエンジンを一時的に停止させるアイドリングストップシステムや、エンジンのほかに作動原理の異なる他の種類の原動機を併用するハイブリッドシステム等がある。これらのシステムにおいては、エンジンが停止されている期間中は、暖房用の熱源を得ることが困難となる。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関に対して低燃費・低有害ガス・快適性をより高い次元で成立させることが可能な制御装置および当該制御装置を備えた内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の内燃機関の制御装置は、シリンダと、シリンダ内を往復動するピストンと、そのピストンに連結されて、ピストンの往復動による運動エネルギを外部に出力する動力出力部と、シリンダおよびピストンによって構成され、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼室と、燃焼室に設けられ、混合気を燃焼させるための火花を発生させる燃焼室点火プラグと、燃焼室へ空気を導入する吸気ポートと燃焼室との間に設けられた吸気弁と、燃焼室で混合気が燃焼して生じる燃焼ガスを排出する排気ポートと燃焼室との間に設けられた排気弁と、を備え、排気弁は閉じており、ピストンの下降に伴い吸気弁が開いて燃焼室への吸気が行われ、ピストンが下死点となることに基づいて吸気弁が閉じる吸気行程と、その吸気行程に続いて行われ、吸気弁および排気弁が閉じており、燃焼室内の気体が圧縮される圧縮行程と、その圧縮行程に続いて行われ、吸気弁および排気弁が閉じており、燃焼室点火プラグが火花を発生させることにより、圧縮行程にて圧縮された燃焼室内の混合気を燃焼させる燃焼行程と、その燃焼行程に続いて行われ、吸気弁は閉じており、ピストンの上昇に伴い排気弁が開き燃焼室内の燃焼ガスが排気される排気行程と、が実行される内燃機関において、排気弁は閉じており、ピストンの下降に伴い吸気弁が開いて燃焼室への吸気が行われ、吸気弁が閉じる第２吸気行程と、第２吸気行程に続いて行われ、吸気弁および排気弁が閉じており、燃焼室点火プラグが火花を発生させることにより、燃焼室内の混合気を燃焼させる第２燃焼行程と、第２燃焼行程に続いて行われ、吸気弁は閉じており、ピストンの上昇に伴い排気弁が開き燃焼室内の燃焼ガスが排気される第２排気行程と、が実行され、内燃機関を制御する制御装置を備え、制御装置は、第１吸気工程、第１圧縮工程、第１燃焼行程、第１排気工程からなる１サイクルを、クランク軸の２回転を１周期として繰り返し実行する動力モード、および第２吸気工程、第２燃焼行程、第２排気工程からなる１サイクルを、クランク軸の１回転を１周期として繰り返し実行する熱創出モード、のどちらか一つを選択するモード選択部と、モード選択部により動力モードが選択された場合に内燃機関に対して動力モードの作動をするように制御する動力制御実行部と、モード選択部により熱創出モードが選択された場合に内燃機関に対して熱創出モードの作動をするように制御する熱創出制御実行部と、を備えることを特徴としている。
【０００７】
上述の構成において、動力モードが選択されると、内燃機関は通常の４ストロークサイクル機関として作動する。通常の４ストロークサイクル機関の作動時おいては、燃料のエネルギ、つまり燃焼により発生した熱エネルギは、圧力に変換され更に動力に変換され自動車の走行に供されるとともに、内燃機関の燃焼室内壁および排気ポート内壁を経てエンジン本体へ伝達されて、内燃機関本体の温度上昇にも寄与する。これに対して、熱創出モードが選択されると、内燃機関は、内燃機関のクランク軸が一回転する間に、言い換えると、ピストンが上死点から下降し下死点を過ぎて上昇し再び上死点に至る間に、吸気・燃焼・排気を１サイクルとする運転を実行する。これは、内燃機関のクランク軸の一回転で１サイクルが完了する、いわゆる２ストロークサイクル機関としての作動である。しかし、本発明の請求項１に記載の内燃機関の熱創出モードでは、ピストンの下降により燃焼室内に吸入された混合気は、ピストンが下死点近傍に達したときに燃焼室点火プラグが発する火花により着火されて燃焼し、この燃焼ガスは、ピストンの上昇に伴って排気弁が開くことにより燃焼室から排気ポートへ流出する。このように、本発明の請求項１に記載の内燃機関の熱創出モードでは、動力発生サイクルとしての２ストロークサイクルにおける圧縮工程が無く、燃焼室に吸入された混合気は、ほとんど圧縮されない状態で火花のエネルギにより点火され燃焼する。このような熱創出モードの燃焼では、第２燃焼行程で生成された燃焼ガスはほとんど圧力上昇を伴わず、言い換えると、圧力に変換されて動力発生することはなく、単に吸入空気の温度上昇に供され、燃焼室内壁および排気ポート内壁を経て内燃機関本体へ伝達されて、内燃機関本体の温度が上昇する。すなわち、本発明の請求項１に記載の内燃機関の熱創出モードでは、燃料の持つエネルギの大部分が熱に変換され、それがエンジン本体の温度上昇に供される。また、動力モード作動時においては、つまり４ストロークサイクル機関としての作動時においては、クランク軸２回転に１回燃焼が行われるのに対して、熱創出モード作動時においては、クランク軸１回転に１回燃焼が行われる。したがって、本発明の請求項１に記載の内燃機関の熱創出モードにおいては、動力モードに比べて２倍の頻度で燃焼、言い換えると熱発生が行われるので、内燃機関本体に伝達される単位時間当たりの熱量を増大させることができる。
【０００８】
以上をまとめると、本発明の請求項１に記載の内燃機関においては、熱創出モード運転を行うことで、燃料の持つ熱エネルギの大部分を内燃機関本体の温度上昇に寄与させることができるので、内燃機関本体温度を短時間で上昇させることが可能となる。その結果、冷間時エンジンを始動する際に熱創出モード運転を行えば、内燃機関本体温度を短時間で上昇させて車室内温度を短時間で高めることや触媒等排ガス浄化機器の作動を短時間で安定したものにすることが可能となる。以上により、低燃費・低有害ガス・快適性をより高い次元で成立させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することができる。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の内燃機関は、シリンダと、シリンダ内を往復動するピストンと、そのピストンに連結されて、ピストンの往復動による運動エネルギを外部に出力する動力出力部と、シリンダおよびピストンによって構成され、燃料と空気との混合気が燃焼する燃焼室と、燃焼室に設けられ、混合気を燃焼させるための火花を発生させる燃焼室点火プラグと、燃焼室へ空気を導入する吸気ポートと燃焼室との間に設けられた吸気弁と、燃焼室で混合気が燃焼して生じる燃焼ガスを排出する排気ポートと燃焼室との間に設けられた排気弁と、排気ポートに設けられ、混合気を燃焼させるための火花を発生させる排気ポート点火プラグと、を備え、排気弁は閉じており、ピストンの下降に伴い吸気弁が開いて燃焼室への吸気が行われ、ピストンが下死点となることに基づいて吸気弁が閉じる吸気行程と、その吸気行程に続いて行われ、吸気弁および排気弁が閉じており、燃焼室内の気体が圧縮される圧縮行程と、その圧縮行程に続いて行われ、吸気弁および排気弁が閉じており、燃焼室点火プラグが火花を発生させることにより、圧縮行程にて圧縮された燃焼室内の混合気を燃焼させる燃焼行程と、その燃焼行程に続いて行われ、吸気弁は閉じており、ピストンの上昇に伴い排気弁が開き燃焼室内の燃焼ガスが排気される排気行程と、が実行される内燃機関において、排気弁は閉じており、ピストンの下降に伴い吸気弁が開いて燃焼室への吸気が行われ、吸気弁が閉じる第２吸気行程と、第２吸気行程に続いて行われ、ピストンの上昇に伴い排気弁が開き燃焼室内の燃焼ガスが排気される第３排気行程と、第３排気行程に続いて行われ、吸気弁は閉じており、排気ポート点火プラグが火花を発生させることにより、排気ポート内の混合気を燃焼させる第３燃焼行程と、が実行され、内燃機関を制御する制御装置を備え、内燃機関は、吸気工程、圧縮工程、燃焼行程、排気工程からなる１サイクルを、動力出力部であるクランク軸の２回転を１周期として繰り返し実行する動力モードと、第２吸気工程、第３排気工程、第３燃焼行程、からなる１サイクルを、クランク軸の１回転を１周期として繰り返し実行する熱創出モードと、が実行可能であり、制御装置は、動力モードおよび熱創出モードのどちらか一つを選択するモード選択部と、モード選択部により動力モードが選択された場合に内燃機関を制御する動力制御実行部と、モード選択部により熱創出モードが選択された場合に内燃機関を制御する熱創出制御実行部と、を備えることを特徴としている。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の内燃機関の制御装置は、先に説明した本発明の請求項１に記載の内燃機関の制御装置に対して、内燃機関の排気ポートにも点火プラグ（排気ポート点火プラグ）を配置するとともに、熱創出モードにおいて、燃焼室内では混合気に点火せず、すなわち燃焼室点火プラグには火花を発生させず、排気ポートへ混合気が流出したときに排気ポート点火プラグに火花を発生させて混合気に点火している。
【００１１】
この場合、燃焼室に吸入された混合気は、ピストンの上昇に伴い圧縮されない状態で排気弁から排気ポートへ流出し、そこで排気ポート点火プラグにより点火され燃焼する。このような熱創出モードの燃焼では、第３燃焼行程で生成された燃焼ガスは圧力上昇を伴わず、言い換えると、動力発生に寄与することはなく、単に吸入空気の温度上昇に供され、排気ポート内壁を経て内燃機関本体へ伝達されて、内燃機関本体の温度が上昇する。したがって、本発明の請求項２に記載の内燃機関の熱創出モードにおいても、本発明の請求項１に記載の内燃機関の熱創出モードの場合と同様に、燃料の持つ熱エネルギの大部分が内燃機関本体の温度上昇に供される。
【００１２】
したがって、本発明の請求項２に記載の内燃機関の制御装置によっても、熱創出モード運転を行うことで、燃料の持つ熱エネルギの大部分を内燃機関本体の温度上昇に寄与させることができるので、内燃機関本体温度を短時間で上昇させることが可能となる。その結果、冷間時内燃機関を始動する際に熱創出モード運転を行えば、内燃機関本体温度を短時間で上昇させて車室内温度を短時間で高めることや触媒等排ガス浄化機器の作動を短時間で安定したものにすることが可能となる。以上により、低燃費・低有害ガス・快適性をより高い次元で成立させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することができる。
【００１３】
本発明の請求項３に記載の内燃機関の制御装置は、請求項１または請求項２のどちらか一つに記載の内燃機関の制御装置において、当該内燃機関は、複数のシリンダを有していることを特徴としている。
【００１４】
熱創出モードにおいては、当該シリンダに供給された燃料は燃焼しても動力とならない、すなわち熱創出モード運転しているシリンダはクランク軸の回転力を発生しない。このため、内燃機関を熱創出モードで運転するためには、何らかの動力によってクランク軸に回転力を供給してやる必要がある。当該内燃機関が複数のシリンダを有しているならば、複数のシリンダのうちの幾つかを熱創出モード運転させ、残りのシリンダを動力モード運転させることにより、内燃機関を自力で回転させつつ熱創出モード運転を実行できる。
【００１５】
本発明の請求項４に記載の内燃機関の制御装置は、請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の内燃機関において、排気ポートおよび排気ポートの出口側に接続される排気管の少なくともどちらか一方内に設けられる熱交換器を備え、熱交換器は、排気ポートの外部から熱交換器内に導入された流体と混合気が燃焼して生成された燃焼ガスとの間の熱交換を行うものであることを特徴としている。
【００１６】
上述の構成によれば、混合気が燃焼して生成された燃焼ガスが有する熱を、排気ポートの壁面を介して内燃機関本体へ伝達して内燃機関本体温度上昇に寄与させるのに加えて、熱交換器を介して流体へ熱伝達させて、流体温度を上昇させることができる。したがって、この流体をエンジン本体から離れた所望の場所へ移動させてそこで放熱させることにより、任意の場所の温度を高めることに利用することができる。この場合、本発明の請求項５に記載の内燃機関の制御装置のように、流体は、内燃機関の冷却水である構成とすれば、新たに流体を準備することを不要としつつ、任意の場所の温度を高めることに利用することができる。
【００１７】
本発明の請求項６に記載の内燃機関は、先に説明した請求項１ないし請求項５のいずれか一つに記載される内燃機関の制御装置を備えることを特徴としている。
【００１８】
このような内燃機関においては、熱創出モード運転を行うことで、燃料の持つ熱エネルギの大部分を内燃機関本体の温度上昇に寄与させることができるので、内燃機関本体温度を短時間で上昇させることが可能となる。その結果、冷間時エンジンを始動する際に熱創出モード運転を行えば、内燃機関本体温度を短時間で上昇させて車室内温度を短時間で高めることや触媒等排ガス浄化機器の作動を短時間で安定したものにすることが可能となる。以上により、低燃費・低有害ガス・快適性をより高い次元で成立させることが可能な内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態による内燃機関であるエンジンの燃焼室まわりの平面構造を模式的に示す断面図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明の一実施形態によるエンジンを制御する制御装置について、その構成例を示すブロック図である。
【図４】動力モードが選択された場合における燃焼室圧力等の推移を示す作動図であり、（ａ）は、クランク軸の回転に伴う燃焼室圧力の推移を示すタイミングチャートであり、（ｂ）は、クランク軸の回転に伴う吸気弁リフトおよび排気弁リフトの推移を示すタイミングチャートである。
【図５】熱創出モードが選択された場合における燃焼室圧力等の推移を示す作動図であり、（ａ）は、クランク軸の回転に伴う燃焼室圧力の推移を示すタイミングチャートであり、（ｂ）は、クランク軸の回転に伴う吸気弁リフトおよび排気弁リフトの推移を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第１実施形態によるエンジンについて、熱創出モードが選択された場合におけるエンジンのピストン、吸気弁、排気弁等の状態の推移を示す作動図である。
【図７】本発明の一実施形態によるエンジンについて、動力モードが選択された場合のＰＶ線図である。
【図８】本発明の一実施形態によるエンジンについて、熱創出モードが選択された場合のＰＶ線図である。
【図９】本発明の一実施形態によるエンジンについて、（ａ）は動力モードが選択された場合における諸損失内訳を示す模式図であり、（ｂ）は熱創出モードが選択された場合における諸損失内訳を示す模式図である。
【図１０】（ａ）は従来技術におけるエンジン始動後のエンジン本体温度、冷却水温度および潤滑油温度の推移を示す模式図である。（ｂ）は本発明の第１実施形態によるエンジン始動後のエンジン本体温度、冷却水温度および潤滑油温度の推移を示す模式図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるエンジンの変形例における燃焼室まわりの構造を説明する断面図である。図２に相当する。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本実施の形態に係る内燃機関およびその制御装置の一実施の形態について、図１〜図１１を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１は内燃機関であるエンジン１の燃焼室１２回りの平面構造を模式的に示す断面図である。図２は図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図であってエンジン１の側面構造を模式的に示す断面図である。はじめに、これら図１および図２を参照して、エンジン１の構造について説明する。なお、エンジン１は、本実施の形態では、図示しない車両にその原動機として搭載される内燃機関として具体化されている。
【００２２】
エンジン１は、複数のシリンダ、たとえば４個のシリンダを有している。エンジン１は、いわゆるオットーサイクル（後述する動力出力モード）を実現する内燃機関として、従来の内燃機関と同様の構造を有している。ただし、エンジン１を構成している各シリンダは、後述するバルブ駆動機構４０や熱交換器８０を有しており、オットーサイクルとは異なる新サイクルであり本発明の特徴的作動である熱創出モード運転も実現可能な内燃機関として構成されている。
【００２３】
以下、詳しく説明する。エンジン１は、図２に示すように、シリンダヘッド１０およびシリンダブロック２０を有して構成されている。
【００２４】
シリンダヘッド１０には、シリンダ２１毎に対応して燃焼室１２へ外部から空気を導入するための空気の通路である吸気ポート１１と、吸気ポート１１に臨んで配置され吸気ポート１１内へ燃料を噴射して吸気ポート１１内に空気と燃料との混合気を形成するための燃料噴射弁１４と、この吸気ポート１１を経て導入される空気と燃料との混合気が燃焼される燃焼室１２と、燃焼室１２内で混合気が燃焼して生成される燃焼ガスが排出される排気ポート１３とが形成されている。ここで、燃焼室１２は、エンジン１の組み付けが完了した時点で、シリンダブロック２０に形成されたシリンダ２１の側壁と、このシリンダ２１内を往復動可能に配設されたピストン３０の頂面と、シリンダヘッド１０のピストン３０の頂面の対向する面と、吸気弁１７および排気弁１８のピストン３０の頂面の対向する面と、の各面によって囲まれた空間として形成される。したがって、燃焼室１２容積は、ピストン３０およびシリンダ２１の相対位置関係の変化、すなわちエンジン１のクランク軸３２の回転角度位置変化に対応して変化するものである。
【００２５】
吸気ポート１１の燃焼室１２と反対側には、すなわち図２において左側には、図示しない吸気通路が接続されている。この吸気通路には、吸気通路内の空気の温度を検出する図示しない吸気温度センサや、吸気通路を吸気ポート１１へ向かって流れる空気量を検出する図示しないエアフローメータが配設されている。一方、排気ポート１３の燃焼室１２と反対側には、すなわち図２において右側には、図２に示すように、排気パイプ１６が接続されている。この排気パイプ１６中には、図２に示すように、熱交換器７０が配置されている。この熱交換器７０は、排気パイプ１６の外部から熱交換器７０内へ導入された流体であるエンジン１の冷却水と排気パイプ１６中を流れる排気ガスとの間の熱交換を行うものである。具体的には、熱交換器７０は、熱の良導体としての金属、たとえば、銅やアルミ合金等から管状に形成され、熱交換器７０の内部を流れる冷却水と熱交換器７０の周囲を流れる排気ガスとが熱交換器７０の管壁を介して熱交換する。通常は、排気ガス温度は冷却水温度よりも高いので、熱交換器７０の外周を排気ガスが流れることにより、排気ガスの熱が熱交換器７０を介して冷却水に伝達され、冷却水温度が上昇する。また、排気パイプ１６には、その内部を流れる排気中の酸素濃度を検出する図示しない酸素濃度センサが配置されている。後述する制御装置５０は、酸素濃度センサの検出信号に基づいて排気ガス中の酸素含有量を算出し、さらに酸素含有量に基づいて、吸気ポート１１内で形成される空気と燃料の混合気における空気と燃料の重量比、すなわち空燃比を算出する。後述する制御装置５０は、算出した空燃比が適正値となるように燃料噴射量を制御する。排気パイプ１６の下流側、つまり図２中において右側には、排気ガスを浄化する図示しない触媒装置が配設されている。
【００２６】
シリンダヘッド１０の吸気ポート１１に配設されている燃料噴射弁１４の制御、つまり燃料噴射タイミングや噴射燃料量の制御は、後述する制御装置５０によって決定される。制御装置５０は、エンジン１が備える上記エアフローメータの出力値、上記吸気温度センサの出力値、上記酸素濃度センサの出力値に基づいて算出された空燃比、後述する冷却水温度センサの出力値、後述する運転モードに関する情報（動力モード及び熱創出モードのいずれのモードが選択されたかについての情報）に基づいて、決定している。なお、本実施の形態では、燃料噴射弁１４を吸気ポート１１に配設して吸気ポート１１内の吸入空気に対して燃料を噴射供給したが、シリンダブロック２０のシリンダの側壁あるいはシリンダヘッド１０等に配設して燃焼室１２内に燃料を直接供給する構成としてもよい。
【００２７】
シリンダヘッド１０には、図２に示すように、燃焼室１２内に臨んで燃焼室点火プラグ１５が配設されている。燃焼室点火プラグ１５は、高電圧が印加されると燃焼室１２内に突出した電極間に火花を発生させ、この火花のエネルギにより吸気ポート１１から導入された混合気に点火して燃焼させるためのものである。この燃焼室点火プラグ１５に火花を発生させるタイミング、言い換えると混合気に点火するタイミングは制御装置５０によって決定される。
【００２８】
シリンダヘッド１０の吸気ポート１１と燃焼室１２との間には、吸気弁１７が配設されている。吸気弁１７は、例えば直動式やロッカーアーム式等の公知のバルブ駆動機構４０によって駆動され、吸気ポート１１と燃焼室１２との間を連通状態および遮断状態のいずれともすることができる。
【００２９】
シリンダヘッド１０の燃焼室１２と排気ポート１３の間には、排気弁１８が配設されている。排気弁１８も、吸気弁１７と同様に、例えば直動式やロッカーアーム式等の公知のバルブ駆動機構４０によって駆動され、燃焼室１２と排気ポート１３との間を連通状態および遮断状態のいずれともすることができる。
【００３０】
シリンダヘッド１０およびシリンダブロック２０には、エンジン冷却用の冷却水の流路であるウォータジャケットＷが形成されている。シリンダブロック２０には、ウォータジャケットＷ内部を流れる冷却水の温度を検出するための冷却水温度センサ６２が、図２に示すように配設されている。エンジン１において、燃焼室１２内で燃料と空気の混合気が燃焼すると、燃焼により発生した熱の一部は、シリンダ２１の壁面やシリンダヘッド１の壁面を介してウォータジャケットＷ内の冷却水へ伝達されて冷却水温度が上昇する。
【００３１】
ピストン３０は、シリンダ２１内を往復動可能にシリンダ２１内に嵌合するとともに、コンロッド３１を介して動力出力部であるクランク軸３２に結合されている。このような構造により、ピストン３０の往復運動がクランク軸３２の回転運動に変換される。エンジン１においては、エンジン１が発生する動力は、クランク軸３２の回転トルクとして利用可能に出力される。
【００３２】
以上説明した構造を備える本発明の実施形態に係るエンジン１は、燃料の燃焼エネルギを主にクランク軸３２のトルクに変換する動力モードと、燃料の燃焼エネルギを主に冷却水温度を上昇させる熱エネルギに変換する熱創出モードと、の２つの運転モードを実行可能である。これら２つの運転モードの切換えを含め、エンジン１の作動の制御は、制御装置５０により行われる。以下に、制御装置５０の構成・作動について説明する。
【００３３】
制御装置５０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行する。制御装置５０は、機能的観点から見て、図３に示すように、モード選択部５１、動力制御実行部５２、および熱創出制御実行部５３を備えている。
【００３４】
制御装置５０には、図３に示すように、外部のイグニッションスイッチ６０、暖房スイッチ６１、冷却水温度センサ６２および各種センサが、それらからの電気信号を入力可能に接続されている。このうち、イグニッションスイッチ６０は、エンジン１に対して始動を指示するための公知のスイッチであり、車室内の運転者が操作可能な位置に設けられている。暖房スイッチ６１は、エンジン１に対して熱創出モード作動を要求するためのスイッチであり、イグニッションスイッチ６０と同様に車室内の運転者が操作可能な位置に設けられている。各種センサとは、先に述べた吸気温度センサ、酸素濃度センサ、エアフローメータや、運転者が車両の速度を制御する際に操作するアクセルペダルの踏み込み量を検出するためのアクセルセンサ等々である。
【００３５】
制御装置５０には、図３に示すように、制御装置５０の制御対象としての各種機器である燃料噴射弁１４、燃焼室点火プラグ１５およびバルブ駆動機構４０が接続されている。
【００３６】
燃料噴射弁１４は、制御装置５０から駆動信号が出力されている期間中燃料を噴射する。したがって、駆動信号出力時間により燃料噴射量が、駆動信号出力時期により燃料噴射タイミングが、それぞれ制御される。
【００３７】
燃焼室点火プラグ１５は、制御装置５０から駆動信号が出力されると放電火花を発生させる。制御装置５０が駆動信号を出力する時期により点火タイミングが制御される。
【００３８】
バルブ駆動機構４０は、吸気弁１７の開閉動作および排気弁１８の開閉動作を行うものであり、公知の電気式バルブタイミング可変機構あるいは油圧式バルブタイミング可変機構等が用いられている。
【００３９】
制御装置５０は、イグニッションスイッチ６０、暖房スイッチ６１、冷却水温度センサ６２および各種センサからの信号を受けて、それらに基づいてモード選択部５１が動力モードおよび熱創出モードのどちらかを選択し、選択した作動モードを最適な条件で実行するように、燃料噴射弁１４、燃焼室点火プラグ１５およびバルブ駆動機構４０を駆動する。
【００４０】
制御装置５０におけるエンジン１の制御について説明する。運転者の操作によりイグニッションスイッチ６０がＯＮされると、制御装置５０はエンジン１の制御を開始する。制御が開始されると、最初に、モード選択部５１が動力モードおよび熱創出モードのどちらのモードを実行するべきかを決定する。モード選択部５１が動力モードを選択した場合は、引き続いて動力制御実行部５２がエンジン１の動力モード運転制御を実行する。モード選択部５１が熱創出モードを選択した場合は、引き続いて熱創出制御実行部５２がエンジン１の熱創出モード運転制御を実行する。
【００４１】
モード選択部５１は、先ず、暖房スイッチ６１がＯＮであるかＯＦＦであるかを判定する。暖房スイッチ６１がＯＦＦであると判定した場合、モード選択部５１は、エンジン１の運転モードとして動力モードを選択し、動力制御実行部５２にエンジン１の制御を実行させる。暖房スイッチ６１がＯＮであると判定した場合、モード選択部５１は、続いて、冷却水温度センサ６２の検出信号に基づいて冷却水温度を算出して算出された冷却水温度が所定温度（たとえば、６０℃）未満であるか否かを判定する。冷却水温度が６０℃未満である場合は、モード選択部５１は、エンジン１の運転モードとして熱創出モードを選択し、熱創出制御実行部５３にエンジン１の制御を実行させる。一方、算出された冷却水温度が６０℃以上である場合は、モード選択部５１は、エンジン１の運転モードとして動力モードを選択し、動力制御実行部５２にエンジン１の制御を実行させる。
【００４２】
モード選択部５１の判定結果として熱創出モードが選択され、エンジン１が熱創出制御実行部５３により制御されている期間中であっても、暖房スイッチ６１がＯＦＦへ操作されたとき、あるいは冷却水温度が６０℃以上となったときには、モード選択部５１は、エンジン１の運転モードとして動力モードを選択し、動力制御実行部５２にエンジン１の制御を実行させる。
【００４３】
以上をまとめると、本発明の実施形態に係るエンジン１の制御装置５０は、暖房スイッチ６１がＯＮ状態であり且つ冷却水温度が６０℃未満の状態のときにおいてのみ、熱創出制御実行部５３により熱創出モード運転を実行し、これら二つの条件の両方とも成立しない場合、およびどちらか一方が成立しない場合には、動力制御実行部５２により動力モード運転を実行する。
【００４４】
次に、動力制御実行部５２により実行される動力モード時におけるエンジン１の作動、熱創出制御実行部５３により実行される熱創出モード時におけるエンジン１の作動について説明する。
【００４５】
初めに、動力制御実行部５２により実行される動力モード時におけるエンジン１の作動について説明する。動力モード時においては、エンジン１は、公知の４ストロークサイクル機関として作動するように制御される。すなわち、４ストロークサイクル機関とは、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、排気弁１８が閉じており（バルブリフトが０）、ピストン３０が上死点から下降するに連れて吸気弁１７が開いて（バルブリフトが増大）吸気ポート１１から燃焼室１２内へ空気と燃料の混合気の吸入が行われ、ピストン３０が下死点に至ると吸気弁１７が閉じる「吸気行程」と、「吸気行程」に続いて行われ、吸気弁１７および排気弁１８が閉じたままで、ピストン３０が下死点から上昇して燃焼室内の混合気が圧縮される「圧縮行程」と、「圧縮行程」に続いて行われ、吸気弁１７および排気弁１８が閉じたままで、燃焼室点火プラグ１５に電圧を印加して火花を発生させて圧縮された混合気に点火し燃焼させて燃焼室１２内圧力を急激に高め、この急激な圧力上昇によりピストン３０を上死点から下降させる「燃焼行程」と、「燃焼行程」に続いて行われ、吸気弁１７は閉じておりピストン３０が下死点から上昇するに連れて排気弁１８が開き燃焼室１２内の燃焼ガスを排気ポート１３へ排出する「排気行程」の４つの行程からなる１サイクルを、エンジン１のクランク軸３２の２回転、すなわちクランク角度の７２０度を１周期として繰り返し実行するものである。４ストロークサイクル機関においては、「燃焼行程」における急激な圧力上昇をピストン３０に作用させてピストン３０を下降させることにより、クランク軸３２にトルクを発生させる。また、「燃焼行程」により発生した高温の燃焼ガスの熱の一部は、シリンダ２１の壁面やシリンダヘッド下面を介してウォータジャケットＷ内の冷却水へ伝達され、冷却水温度が上昇する。これにより、シリンダ壁面２１温度およびシリンダヘッド下面温度が適正な温度に維持される。このように、４ストロークサイクル機関においては、エンジン１のクランク軸３２の２回転につき一回、ウォータジャケットＷ内の冷却水に熱伝達が行われる。
【００４６】
次に、熱創出制御実行部５３により実行される熱創出モード時におけるエンジン１の作動について説明する。熱創出モードにおいては、エンジン１は、図５（ａ）、図５（ｂ）および図６に示すように、排気弁１８が閉じており（バルブリフトが０）、ピストン３０が上死点から下降するに連れて吸気弁１７が開いて（バルブリフトが増大）吸気ポート１１から燃焼室１２内へ空気と燃料の混合気の吸入が行われ、ピストン３０が下死点に達する前に吸気弁１７が閉じる「第２吸気行程」と、「第２吸気行程」に続いて行われ、吸気弁１７および排気弁１８が閉じたままで、ピストン３０が下死点に達する前に燃焼室点火プラグ１５に電圧を印加して火花を発生させて燃焼室１２内の混合気に点火し燃焼させる「第２燃焼行程」と、「第２燃焼行程」に続いて行われ、吸気弁１７は閉じており、ピストン３０が下死点から上昇するに連れて排気弁１８が開き燃焼室１２内の燃焼ガスを排気ポート１３へ排出する「第２排気行程」の３つの行程からなる１サイクルを、エンジン１のクランク軸３２の１回転、すなわちクランク角度の３６０度を１周期として繰り返し実行するものである。エンジン１のクランク軸３２の１回転を１周期として作動する点において、熱創出モード時におけるエンジン１の作動は、いわゆる２ストロークサイクル機関の作動ということができる。通常の２ストロークサイクル機関では、ピストン下死点近傍において燃焼ガスと混合気とを入れ換える掃気工程を実施し、この掃気行程終了後ピストンの上昇により混合気を圧縮し、ピストンが上死点に近づいたところで混合気に点火し燃焼させている。混合気の燃焼により、燃焼室内圧力が急激に高まり、この圧力がピストンに作用してクランク軸にトルクを発生させる。つまり動力が発生する。これに対して、本発明の実施形態によるエンジン１の熱創出モードにおいては、第２吸気行程の終期において、すなわち、混合気を圧縮することなしに燃焼室点火プラグ１５に電圧を印加して火花を発生させ混合気に点火し燃焼を開始させているため、燃焼室１２内圧力は、図５（ａ）に示すように緩やかに上昇し、さらに、最高圧力は動力モードにおける最高圧力よりもはるかに低い圧力となっている。このため、熱創出モードにおいては、燃料の燃焼エネルギの大部分は熱に変換され、クランク軸３２にトルクが発生することがない。言い換えると、熱創出モードを連続して実行するためには、何らかの手段を用いてクランク軸３２を回転させる必要がある。そこで、本発明の実施形態によるエンジン１では、４個備えるシリンダのうち、２個のシリンダで熱創出モードを実行させ、２個のシリンダで上述した動力モード運転を実行させて、２個のシリンダで熱創出モード運転を実行するのに必要なトルクを発生させている。熱創出モード運転中は、燃料が燃焼して生成された燃焼ガスの熱は、シリンダ２１の壁面やシリンダヘッド下面を介してウォータジャケットＷ内の冷却水へ伝達される。さらに、高温の燃焼ガスが排気パイプ１６へ流出して熱交換器７０の周囲を流れることにより、熱交換器７０内を流れる冷却水に伝達される。これにより、冷却水の温度が上昇する。
【００４７】
このように、熱創出モードにおいては混合気を圧縮せずに点火して燃焼させるため、燃焼ガスがシリンダ２１壁面と接触し熱伝達する時間が動力モードの場合よりも長くなる。また、燃焼行程が行われる周期が、動力モードではクランク軸３２の２回転であるのに対して、熱創出モードでは、クランク軸３２の１回転と短くなっている。これにより、単位時間当たりに冷却水へ伝達される熱量は、熱創出モードにおいては動力モードと比べて格段に多くなっている。
【００４８】
以上説明した本実施の形態のエンジン１によって得られる効果について、エンジンのインジケータ線図を参照して説明する。インジケータ線図とは、縦軸を燃焼室内圧力とし、横軸を燃焼室容積である行程容積として、エンジンの１サイクル中における燃焼室内圧力と行程容積との関係を示すグラフであり、図７に、動力モードにおけるインジケータ線図を、図８に、熱創出モードにおけるインジケータ線図をそれぞれ示す。
【００４９】
エンジン１は、動力モードが選択された場合、従来の４ストロークサイクル機関によるオットーサイクルを実行することから、「正の仕事」、つまり図７中においてハッチングを施した部分を行うことができる。エンジン１は、この「正の仕事」をクランク軸のトルクに変換することにより機関出力を生成する。「正の仕事」は、図７中のハッチングを施した部分の面積が広いほど大きいことになる。
【００５０】
一方、エンジン１は、熱創出モードが選択された場合、動力モード時のオットーサイクルとは異なる新しいサイクルを実行する。そして、エンジン１は、この熱創出モードの新サイクルにおいては、図８に示すように、「正の仕事」がほとんど生成されず、したがって、エンジン１においてクランク軸３２にはトルクが発生していない。言い換えると、燃料の持つエネルギの大部分が熱に変換され、さらに、燃焼室１２壁面および熱交換器７０を介して冷却水へ伝達され、冷却水温度上昇に寄与することになる。
【００５１】
次に、以上説明した本実施の形態のエンジン１によって得られる効果について、エンジンの熱勘定グラフを参照しつつ説明する。エンジンの熱勘定グラフは、燃料の完全燃焼により発生した熱量を１００％とし、それがどのような部分にどれだけ配分されているかを棒グラフで表したものであり、図９（ａ）に、動力モードが選択された場合における熱勘定を、図９（ｂ）に、熱創出モードが選択された場合における熱勘定をそれぞれ示す。
【００５２】
エンジン１が動力モードで運転される場合、燃料が完全燃焼して発生した熱量は、図９（ａ）に示すように、エンジンの運動部分各部の摩擦として消費される摩擦損失、排気ガスとともに外部へ放出される排気損失、エンジン冷却水へ伝達される熱量およびエンジン１の外表面から空気中へ放射される熱量である冷却損失、空気を吸入・圧縮するのに消費されるポンプ損失およびクランク軸３２上のトルクとして利用可能な正味仕事に配分される。エンジン１が動力モードで運転されるときに、車両の暖房およびエンジン各部の温度上昇に寄与する熱量は、主に冷却損失分であるが、図９（ａ）から明らかなように、冷却損失分が占める割合は小さく、これにより車両の暖房能力が低くなることが予想される。エンジン本来の性能としては、正味仕事の割合が高いことが重要であるが、そうすると暖房能力が十分得られなくなる可能性がある。
【００５３】
一方、熱創出モードで運転される場合の熱勘定では、図８のインジケータ線図からも明らかなように、ポンプ損失分および正味仕事分が無く、その分だけ排気損失および冷却損失の割合が格段に増大している。熱創出モード運転においては、排気中の熱量は熱交換器７０により冷却水の温度上昇として回収される。したがって、熱創出モード運転中においては、燃料が完全燃焼して発生した熱量が車室暖房やエンジン各部の温度上昇に寄与する割合が動力モードと比べて格段に大きくなる。これにより、熱創出モードを実施することにより、暖房能力を増大することができる。
【００５４】
次に、寒冷時においてエンジンを始動したときの、エンジン始動後の冷却水温度、潤滑油温度およびエンジン本体温度の推移を計測したデータを参照して、本発明の効果を説明する。図１０（ａ）は、従来のエンジン（本発明の実施形態によるエンジン１における動力モード運転のみを実施するもの）におけるエンジン始動後の冷却水温度、潤滑油温度およびエンジン本体温度の推移を示すグラフであり、図１０（ｂ）は、本実施の形態によるエンジン１において機関始動後に本発明の特徴である熱創出モード運転を実施したときの冷却水温度、潤滑油温度およびエンジン本体温度の推移を示すグラフである。
【００５５】
図１０（ａ）に示されるように、従来のエンジン、すなわちオットーサイクル運転されるエンジンが冷間始動された場合、その冷間始動時から暖機完了時までに必要な時間はおよそ「１０分」以上であった。これに対し、図１０（ｂ）に示されるように、本実施の形態のエンジン１が冷間始動された場合、その冷間始動時から暖機完了時までに必要な時間はおよそ「１分」程度であった。ここで、本実施の形態のエンジン１では、機関始動直後は、制御装置５０のモード選択部５１において「熱創出モード」を選択するための条件が成立しており、「熱創出モード」が実行される。しかし、運転時間の経過とともに冷却水温度が上昇して、冷却水温度が本実施の形態のエンジン１の場合６０℃以上になると、制御装置５０のモード選択部５１が「熱創出モード」を選択するための条件が欠如し、モード選択部５１は「動力モード」を選択する。したがって、そのとき以降は、エンジン１は「動力モード」運転されている。しかし、「動力モード」運転中において冷却水に伝達される熱量は、冷却水温度、潤滑油温度およびエンジン本体温度をそれぞれの所定温度に維持するためには十分である。
【００５６】
これらのことから、本実施の形態のエンジン１は、従来のオットーサイクル式の内燃機関に比較して、早期に暖機することができることが分かる。したがって、従来のオットーサイクル式の内燃機関では、（１）内燃機関の摩擦力が大きく、燃料の蒸発が不十分で良好な混合気が形成されないために燃焼が不安定となり、燃費が悪く、有害ガスの排出量が多い、（２）内燃機関が自動車に搭載される場合、冷間始動時の暖房が遅い、（３）低燃費技術の効果が機関段気前に充分に発揮されない、といった課題があったが、本実施の形態のエンジン１では、早期に暖機することができることから、低燃費・低有害ガス・快適性をより高い次元で成立することができるようになる。
【００５７】
なお、本発明に係る内燃機関および制御装置は、以上説明した上記実施の形態にて例示した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々に変形して実施することが可能である。すなわち、上記実施の形態を適宜変更した例えば次の形態として実施することもできる。
【００５８】
上記実施の形態では、図２に示されるように、熱交換器７０を、排気パイプ１６内に配設しているが、熱交換器７０の設置場所は排気パイプ１６内に限らず、排気ポート１３中であってもよい。あるいは、排気ポート１３および排気パイプ１６の両方に亘って設置してもよい。さらには、熱交換器７０を備えない構成としてもよい。
【００５９】
また、上記実施の形態では、熱創出モードの第２燃焼行程においては、燃焼室点火プラグ１５により混合気に点火しているが、これに限定せず、図１１に示すように、排気ポート１３に臨んで排気ポート点火プラグ１９を設置し、熱創出モード運転中においては、この排気ポート点火プラグ１９に電圧を印加して火花を発生させて排気ポート１３内の混合気に点火し燃焼させるとともに、動力モード運転時には、排気ポート点火プラグ１９は作動させずに燃焼室点火プラグ１５により燃焼室１２内の混合気に点火する構成としても良い。
【００６０】
また、上記実施の形態では、熱創出モード運転中においては、４個備えるシリンダのうちの２個のシリンダで熱創出モードを実行させ、２個のシリンダで上述した動力モード運転を実行させて、２個のシリンダで熱創出モード運転を実行するのに必要なトルクを発生させているが、このような構成に限定する必要は無い。熱創出モード運転されるシリンダの個数と、熱創出モード運転を実行するのに必要なトルクを発生させるために動力モード運転されるシリンダの個数との配分は、適宜変えてもよい。また、上記実施の形態では、エンジン１を４気等エンジンとして説明しているが、本発明が適用されるエンジンのシリンダ数は４個に限らず、いくつであってもよい。さらに、熱創出モード運転を実行するのに必要なトルクを発生させるための原動機をエンジン１に限る必要は無く、エンジン１とは別の原動機、たとえば車両が備える電気モータ等を用いる構成としてもよい。この場合、電気モータとしては、エンジン１を始動するためのスタータモータであってもよいし、あるいは車両走行用のモータであってもよい。
【００６１】
また、上記実施の形態では、制御装置５０がエンジン１の制御を開始してモード選択部５１が熱創出モードまたは動力モードのどちらかを選択するときの条件として、暖房スイッチ６１がＯＮ状態であり且つ冷却水温度が６０℃未満の状態のときにおいてのみ、熱創出制御実行部５３により熱創出モード運転を実行し、これら二つの条件の両方とも成立しない場合、およびどちらか一方が成立しない場合には、動力制御実行部５２により動力モード運転を実行するようにしているが、このような構成に限定する必要はない。他の条件を追加あるいは置き換えてもよい。たとえば、暖房スイッチ６１を省略し、冷却水温度のみによって判定してもよい。あるいは、冷却水温度が６０℃未満且つ車両が走行中ではないときに、熱創出モードを実行する構成としてもよい。ここで、「車両が走行中ではないこと」の検出は、一例として、アクセルペダルセンサ（図示せず）が踏み込まれていないこと、および車両の走行速度が０であること、の少なくとも一方が成立したとき、とすればよい。
【符号の説明】
【００６２】
１    エンジン（内燃機関）
１０    シリンダヘッド
１１    吸気ポート
１２    燃焼室
１３    排気ポート
１４    燃料噴射弁
１５    燃焼室点火プラグ
１６    排気パイプ
１７    吸気弁
１８    排気弁
１９    排気ポート点火プラグ
２０    シリンダブロック
２１    シリンダ
３０    ピストン
３１    コンロッド
３２    クランク軸
４０    バルブ駆動機構
５０    制御装置
５１    モード選択部
５２    動力制御実行部
５３    熱創出制御実行部
６０    イグニッションスイッチ
６１    暖房スイッチ
６２    冷却水温度センサ
７０    熱交換器
Ｗ    ウォータジャケット
【図１】
2011202547.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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