(57)【要約】【課題】ポンプの負荷を分散することのできる蓄熱システムを提供する。【解決手段】本発明による蓄熱システムは、暖機行程で暖機用ポンプ１８を作動させ、蓄熱行程においては作動させない。代わりに蓄熱行程では、ヒータ用ポンプ１５を作動して温水回収を促進させる。また、循環ポンプ３の回転数を上げることにより、温水回収を促進させてもよい。暖機行程時、暖機用ポンプ１８にかかる負荷が大きいため、蓄熱行程を他のポンプに実行させることにより、暖機用ポンプ１８の作動頻度を低減し、暖機用ポンプ１８の寿命を長くすることが可能となる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関で温められた流体を貯留する蓄熱タンクと、
前記蓄熱タンクと前記内燃機関とをループ状に連結する管路に設けられる第１電動ポンプと、
前記第１電動ポンプを作動させる制御部とを備え、
前記制御部は、温められた流体を前記蓄熱タンクに貯留する蓄熱行程において前記第１電動ポンプを作動させず且つ前記内燃機関から前記蓄熱タンクへ流体を導入するための手段を作動させ、前記蓄熱タンクに貯留した流体を前記内燃機関に供給する暖機行程において前記第１電動ポンプを作動させることを特徴とする蓄熱システム。
【請求項２】
前記ループ状に連結する管路以外の管路に設けられる第２電動ポンプをさらに備え、
前記制御部は、前記蓄熱行程において前記第２電動ポンプを作動させて、温められた流体を前記蓄熱ポンプに貯留させることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。
【請求項３】
前記第２電動ポンプは、ヒータ用ポンプであることを特徴とする請求項２に記載の蓄熱システム。
【請求項４】
前記内燃機関から駆動力を得て流体を循環させる機械式ポンプをさらに備え、
前記制御部は、前記蓄熱行程において前記機械式ポンプの回転数を上げて、温められた流体を前記蓄熱ポンプに貯留させることを特徴とする請求項１に記載の蓄熱システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄熱システムに関し、特に内燃機関で温められた流体を貯留する蓄熱システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車両に搭載される内燃機関は、気筒内に噴射する燃料を細かな霧状にして良好な燃焼状態を実現し、排気エミッションの悪化を抑制する。機関温度が低い状態では燃料を十分に微粒化することが難しいため、微粒化を促進するべく機関始動前に内燃機関を暖機する技術が知られている。この技術では、機関運転中に内燃機関で温められた冷却水を蓄熱タンクに貯留しておき、この貯留された温水を次回の機関始動前に内燃機関に供給して、内燃機関を暖機する。
【０００３】
従来の温水貯留方法として、内燃機関と蓄熱タンクとを連結する冷却水の管路に電動ポンプを配設し、この電動ポンプを作動させて温水を回収する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、内燃機関と蓄熱タンクとを連結する冷却水の管路に電動ポンプを配設して、この電動ポンプに温水回収および機関暖機を行わせ、早期暖機を実現するために、機関暖機時の電動ポンプの回転数を温水回収時よりも相対的に上げる技術も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−７１８３９号公報
【特許文献２】
特開２００１−１４０６４４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
機関始動時、内燃機関を短時間で暖機するためには、内燃機関と蓄熱タンクとを連結する管路に配設された電動ポンプが高速で回転して、蓄熱タンクに貯留された温水を内燃機関に供給することが好ましい。暖機時間を短くするためには、電動ポンプの回転数を上げる必要があり、電動ポンプにかかる負担は大きい。この電動ポンプをさらに機関暖機以外の用途、例えば温水回収にも使用するためには、他のポンプの耐久性とのバランスから、この電動ポンプの耐久性を高める必要がある。この場合、耐久性とコストとの兼ね合いがむずかしい。
【０００６】
一方、内燃機関の運転中に温水を蓄熱タンクに確実に回収するためには、回収にかかる時間を短くする必要がある。特に、内燃機関とモータとを切り替えて駆動動力源とするハイブリッド車や、アイドル運転中に内燃機関を一時的に停止するエコラン車のように内燃機関の始動および停止が頻繁に生じる車両においては、温水を回収可能な時間が短くなるため、温水回収を短時間で完了する必要がある。
【０００７】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、流体を流通させるポンプの負荷を分散した蓄熱システムを提供することであり、また蓄熱行程において温水回収を短時間で実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するために、本発明の一つの態様は、内燃機関で温められた流体を貯留する蓄熱タンクと、蓄熱タンクと内燃機関とをループ状に連結する管路に設けられる第１電動ポンプと、第１電動ポンプを作動させる制御部とを備え、制御部が、温められた流体を蓄熱タンクに貯留する蓄熱行程において第１電動ポンプを作動させず且つ内燃機関から蓄熱タンクへ流体を導入するための手段を作動させ、蓄熱タンクに貯留した流体を内燃機関に供給する暖機行程において第１電動ポンプを作動させる蓄熱システムを提供する。ここで流体は、液体や気体を含む。この態様の蓄熱システムによると、蓄熱行程において第１電動ポンプを休止させて負荷を軽減し、第１電動ポンプの寿命を長くすることができる。
【０００９】
蓄熱システムは、ループ状に連結する管路以外の管路に設けられる第２電動ポンプをさらに備え、制御部が、蓄熱行程において第２電動ポンプを作動させて、温められた流体を蓄熱ポンプに貯留させてもよい。第２電動ポンプを蓄熱行程に利用することにより、蓄熱行程を短時間で完了させることが可能となる。第２電動ポンプは、ヒータに流体を供給するためのポンプであってよい。
【００１０】
蓄熱システムは、内燃機関から駆動力を得て流体を循環させる機械式ポンプをさらに備え、制御部が、蓄熱行程において機械式ポンプの回転数を上げて、温められた流体を蓄熱ポンプに貯留させてもよい。機械式ポンプの回転数を上げる方法として、制御部は、内燃機関自体の回転数を上げてもよく、また内燃機関と機械式ポンプとの間に設けられる変速機構を制御してもよい。機械式ポンプの回転数を上げることにより、蓄熱行程を短時間で完了させることが可能となる。
以上の各構成を方法またはプログラムとして表現したものも、本発明として有効である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関１とその冷却水循環系の概略構成を示す。この内燃機関１は車両に設けられ、電動機と組み合わされてハイブリッド駆動装置を構成してもよい。冷却水循環系は、内燃機関１を冷却する機関冷却システムとして機能するだけでなく、内燃機関１により温められた冷却水を蓄える蓄熱システム、および車内を暖房するヒータシステムとしても機能する。冷却水循環系として図示される個々の構成は、各システムの構成要素として適宜その役割を担う。
【００１２】
冷却水の流路は、電子制御装置（以下、ＥＣＵと表記する）３０により制御される。ＥＣＵ３０は、図示のごとく単一の構成であってもよいが、空調などの用途にそれぞれ特化した複数の構成として存在してもよい。以下では制御機能を実現する構成を、統一的にＥＣＵ３０として表現する。
【００１３】
内燃機関１はその内部に冷却水通路２を有し、冷却水通路２の上流側は循環ポンプ３の吐出口に接続される。循環ポンプ３は機械式で、内燃機関１のクランクシャフト（図示せず）から駆動力を得て冷却水を循環させる。機関冷却システムは、循環ポンプ３およびラジエータ５を含んで構成される。サーモスタット弁８は、冷却水温度に応じて循環ポンプ３の吸込み口の接続先を切り換える。冷却水温度が所定値以上のとき、サーモスタット弁８は循環ポンプ３の吸込み口をラジエータ戻し管路６に接続する。このとき冷却水は、循環ポンプ３から冷却水通路２、ラジエータ導入管路４、ラジエータ５、ラジエータ戻し管路６およびポンプ導入管路７を通る流路を循環する。なお、吸気絞り弁２１のケーシングが分岐管路２０に設けられており、高温の冷却水により温められる。一方、冷却水温度が低いときは、サーモスタット弁８が循環ポンプ３の吸込み口をバイパス管路９に接続し、冷却水が循環ポンプ３から冷却水通路２、バイパス管路９およびポンプ導入管路７を通る流路を循環する。
【００１４】
ヒータシステムは、ヒータ１１およびヒータ用ポンプ１５を含んで構成される。ヒータ用ポンプ１５は、ヒータ用管路１４に設けられる。ヒータ用ポンプ１５は、特に内燃機関１が自律的に一時停止するような車両の場合に電動ポンプとして設けられるのが好ましい。車内の暖房時、冷却水通路２において温められた冷却水を第１共通管路１２およびヒータ用管路１４を経てヒータ１１に供給する。このときＥＣＵ３０が、三方向切換弁１３を制御して第１共通管路１２およびヒータ用管路１４を連通させ、電動式ヒータ用ポンプ１５を作動させる。空調専用のＥＣＵが存在する場合には、そのＥＣＵがヒータ用ポンプ１５を作動させる。この冷却水は第２共通管路１６およびポンプ導入管路７を経て冷却水通路２に戻される。内燃機関１の運転中は、循環ポンプ３により、冷却水がヒータ１１に供給される。
【００１５】
本実施の形態の蓄熱システムは、機械式の循環ポンプ３、蓄熱タンク１７、電動式の暖機用ポンプ１８および電動式のヒータ用ポンプ１５を含んで構成される。この蓄熱システムでは、蓄熱タンク１７と内燃機関１とがループ状に連結される。具体的には、蓄熱タンク１７の一端が、第１タンク管路２２、三方向切換弁１３、第１共通管路１２を経て内燃機関１側に連結し、他端が、第２タンク管路２３、第２共通管路１６を経て内燃機関１側に連結して、ループ状管路を構成する。暖機用ポンプ１８はこのループ状管路に設けられ、この例では第２タンク管路２３に配設されている。既述のごとく、ヒータ用ポンプ１５はヒータ用管路１４に設けられ、すなわちループ状管路以外の管路に配置されている。
【００１６】
機関水温センサ１０が冷却水通路２の冷却水温度を検出し、蓄熱水温センサ１９が蓄熱タンク１７の端部付近の冷却水温度を検出する。検出結果はＥＣＵ３０に伝達される。
【００１７】
冷却水通路２の冷却水温度が所定値を超えると、ＥＣＵ３０は三方向切換弁１３を制御して第１共通管路１２、ヒータ用管路１４および第１タンク管路２２を連通させて全通状態とする。このときＥＣＵ３０は、暖機用ポンプ１８を作動させない。冷却水通路２で温められた冷却水は、第１共通管路１２、第１タンク管路２２を通って蓄熱タンク１７に貯留される。蓄熱タンク１７に温水を貯留する行程を「蓄熱行程」と呼ぶ。
【００１８】
内燃機関１の始動時、内燃機関１を温めるために、蓄熱タンク１７に貯留した温水を、第１タンク管路２２および第１共通管路１２を経て内燃機関１に供給する。このときＥＣＵ３０は、三方向切換弁１３を制御して第１タンク管路２２および第１共通管路１２を連通させ、暖機用ポンプ１８を作動させる。蓄熱タンク１７に貯留した温水を内燃機関１に供給する行程を「暖機行程」と呼ぶ。温水は、内燃機関１のシリンダヘッド部に供給されて、吸気ポートまたは燃焼室を優先的に暖機することが好ましい。この暖機行程では内燃機関１を短時間で暖機するために、暖機用ポンプ１８を高速回転させる。
【００１９】
本実施の形態の蓄熱行程において、ＥＣＵ３０は、ヒータ用ポンプ１５を作動させる。このとき内燃機関１が停止し、循環ポンプ３が作動していなくてもよい。ヒータ用ポンプ１５が作動することにより、内燃機関１において温められた冷却水が循環し、その一部が第１共通管路１２から三方向切換弁１３を通って第１タンク管路２２に流れ込み、蓄熱タンク１７に貯留される。このように、本実施の形態では、暖機用ポンプ１８を作動させることなく、ヒータ用ポンプ１５を作動させることにより蓄熱行程を実現する。この蓄熱行程を除いてヒータ用ポンプ１５と暖機用ポンプ１８の作動状態を比較すると、暖機用ポンプ１８は暖機行程時に高速回転する必要があるため、ヒータ用ポンプ１５よりも暖機用ポンプ１８の負荷が大きい。そこで、蓄熱行程では暖機用ポンプ１８を休止させることにより、ヒータ用ポンプ１５と暖機用ポンプ１８の負荷バランスを保つことができ、また暖機用ポンプ１８の寿命を長くすることが可能となる。
【００２０】
また、変形例として、循環ポンプ３の回転数を上げることにより、蓄熱行程を実現してもよい。内燃機関１のクランクシャフトが車軸に対し変速可能なタイプのハイブリッド車の場合には、車速が変化しないように内燃機関１の回転数を上げ、循環ポンプ３の回転数を上げることも可能である。別の実現方法として、内燃機関１のクランクシャフトと循環ポンプ３の連結機構に変速ギアを設け、ＥＣＵ３０がこの変速ギアを制御して循環ポンプ３の回転数を上げることも可能である。この場合も、蓄熱行程では暖機用ポンプ１８を休止させることにより、暖機用ポンプ１８の寿命を長くすることが可能となる。
【００２１】
図２は、本実施の形態に係る蓄熱システムによる蓄熱行程のフローチャートを示す。この蓄熱行程はＥＣＵ３０により実行される。既述のごとく、例えばヒータ用ポンプ１５は空調専用のＥＣＵにより制御されてもよい。特にこのフローチャートは、ハイブリッド車やエコラン車のように、イグニションがオンで通常運転が行われている場合であっても内燃機関１が一時的に停止可能な車両に適用される。
【００２２】
ＥＣＵ３０は、温水回収条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ１０）。温水回収条件は、温められた冷却水を蓄熱タンク１７に貯留するための判断条件である。この温水回収条件としては、内燃機関１の冷却水温度が十分に高い温度、例えば８０℃以上に上昇していることなどがあげられる。温水回収条件が成立する場合（Ｓ１０のＹ）、ＥＣＵ３０は、内燃機関１が運転中であるか否かを判定する（Ｓ１２）。内燃機関１が運転中の場合（Ｓ１２のＹ）、ＥＣＵ３０が機械式循環ポンプ３の回転数を上げて（Ｓ１４）、温水回収を促進させる。一方、内燃機関が停止中の場合（Ｓ１２のＮ）、ＥＣＵ３０が電動式ヒータ用ポンプ１５を作動させて（Ｓ１６）、温水回収を促進させる。
【００２３】
続いてＥＣＵ３０は、回収完了条件が成立したか否かを判定する（Ｓ１８）。回収完了条件は、温水回収の終了を判断するための条件である。蓄熱タンク１７内の推定温度がほぼ一定となったときには、回収完了条件が成立したものと判断してよい。この回収完了条件が満たされない場合には（Ｓ１８のＮ）、Ｓ１０に戻って、温水回収条件の成立を判定する。温水回収条件が成立しない場合（Ｓ１０のＮ）、例えば冷却水温度が所定値よりも下がった場合には、ヒータ用ポンプ１５を停止し、または循環ポンプ３の回転数アップを停止する（Ｓ２０）。一方、温水回収条件が成立している場合には（Ｓ１０のＹ）、回収完了条件が成立するまで引き続き温水回収を行う。蓄熱タンク１７に温水が貯留され、回収完了条件が成立すると（Ｓ１８のＹ）、蓄熱行程が終了する。
【００２４】
なお、このフローチャートでは、温水回収を促進するステップとして、ヒータ用ポンプ１５の作動（Ｓ１６）と循環ポンプ３の回転数アップ（Ｓ１４）とを選択的に採用することとしたが、これに限定する趣旨ではなく、Ｓ１４とＳ１６のいずれかのみを採用する構成であってもよい。例えば蓄熱システムがヒータ用ポンプ１５を備える場合には、常にヒータ用ポンプ１５により温水回収を行ってもよく、また内燃機関１が停止しない車両においては、常に循環ポンプ３により温水回収を行ってもよい。
【００２５】
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。なお本発明はこの実施の形態に限定されることなく、そのさまざまな変形例もまた、本発明の態様として有効である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によると、特定のポンプ、例えば暖機用ポンプにかかる負荷を軽減し、且つ短時間の温水回収を可能とする蓄熱システムを実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係る内燃機関とその冷却水循環系の概略構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係る蓄熱システムによる蓄熱行程のフローチャートである。
【符号の説明】
１・・・内燃機関、２・・・冷却水通路、３・・・循環ポンプ、１０・・・機関水温センサ、１１・・・ヒータ、１３・・・三方向切換弁、１５・・・ヒータ用ポンプ、１７・・・蓄熱タンク、１８・・・暖機用ポンプ、３０・・・ＥＣＵ。
【図１】
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【図２】
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