(57)【要約】【課題】内燃機関の燃焼室内における充填効率の低下を抑制する。【解決手段】内燃機関の機関停止時に、内燃機関の機関作動により高温となった冷却水（温水）を貯留する蓄熱タンク８を備え、内燃機関の次回始動時又は始動前に、蓄熱タンク８に貯留しておいた高温の冷却水を供給し、内燃機関を暖機する内燃機関の蓄熱装置において、燃焼室１３に給送される空気の通路であり二重管構造の吸気ダクト２４の外管２８を、蓄熱タンク８として構成する。したがって、内燃機関本体１の表面から周囲の空間に放出される熱量が増大しても、蓄熱タンク８の外側を構成する樹脂２７（断熱材）が、内燃機関本体１から放出される熱量を遮断することができるので、燃焼室１３に給送される空気が過度に加熱されることに起因する充填効率の低下を抑制することができる。【選択図】        図１
2005083270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路と、熱媒体を貯留する蓄熱タンクと、を備える内燃機関の蓄熱装置において、前記吸気通路の長手方向における少なくとも一部の全周を前記蓄熱タンクの断熱材により被覆することを特徴とする内燃機関の蓄熱装置。
【請求項２】
前記吸気通路の少なくとも一部の全周が、前記蓄熱タンクの貯留部によって被覆されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の蓄熱装置。
【請求項３】
前記吸気通路は、エアクリーナとサージタンクとを連通する吸気ダクトであることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の蓄熱装置。
【請求項４】
前記蓄熱タンクの流入口が、前記蓄熱タンクの周方向に向けて設けられることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の蓄熱装置。
【請求項５】
前記蓄熱タンクの少なくとも一部または前記吸気通路の少なくとも一部が、樹脂により形成されたことを特徴とする請求項１から４の何れか一つに記載の内燃機関の蓄熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄熱タンクと吸気通路とを有する内燃機関の蓄熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の冷間始動時には、燃焼室や冷却水の温度が低下しており、吸気ポート壁面等の温度が低いままとなり、燃料噴射弁から吸気ポート内に噴射された燃料の霧化が不充分となる。この場合、内燃機関に供給される燃料と吸入空気とを充分に混合させることができない。この為、内燃機関始動直後の暖機が不充分な状態では、内燃機関が充分暖機された状態に比べて、燃費及びエミッション性能が悪化している。
【０００３】
そのため、特許文献１に示されているように、高温の冷却水を貯留した蓄熱タンクを設け、内燃機関の始動に先立ってシリンダヘッド等の昇温必要箇所に蓄熱タンクに貯留しておいた高温の冷却水を供給することにより、内燃機関の暖機を促進する技術がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１３８８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関の暖機運転終了後、例えば内燃機関の高負荷状態において、内燃機関本体の外側表面から周囲の空間に放出される熱量が増大する。特許文献１に開示された蓄熱タンクは、内燃機関本体の吸気側に接触して設置されているので、吸気通路の内燃機関本体に面している部分において、内燃機関本体の外側表面からの伝熱を遮断することができる。したがって、吸気通路内部を通過し燃焼室内に給送される吸入空気が過度に加熱されることを抑制することができるので、内燃機関の燃焼室内における充填効率の低下を抑制することができる。
【０００６】
しかし、内燃機関本体の外側表面から放出される熱は、空気を媒体として吸気通路に伝熱されるので、特許文献１の構成では、内燃機関本体の外側表面から周囲の空間に放出された熱による伝熱の一部しか抑制できない。したがって、吸入空気の温度上昇による吸入空気の充填効率の低下を充分に抑制することができないものとなっていた。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、吸気通路のうち、内燃機関本体の外側表面から放出された熱を受熱する部分を、蓄熱タンクを用いて断熱することにより、部品点数を増やすことなく、内燃機関本体からの熱に起因して吸気通路が過度に加熱されることを抑制し、内燃機関の燃焼室における吸入空気の充填効率の低下を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。内燃機関の吸気通路と、熱媒体を貯留する蓄熱タンクと、を備える内燃機関の蓄熱装置において、前記吸気通路の長手方向における少なくとも一部の全周を前記蓄熱タンクの断熱材により被覆することを特徴とする。
【０００９】
本出願に係る第２の発明は、請求項１に記載の内燃機関の蓄熱装置において、前記吸気通路の少なくとも一部の全周が、前記蓄熱タンクの貯留部により被覆されることを特徴とする。
【００１０】
本出願に係る第３の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の蓄熱装置において、エアークリーナとサージタンクとを連通する吸気ダクトであることを特徴とする。
【００１１】
本出願に係る第４の発明は、請求項２または３に記載の内燃機関の蓄熱装置において、前記蓄熱タンクの流入口が、前記蓄熱タンクの周方向に向けられて設けられることを特徴とする。
【００１２】
本出願に係る第５の発明は、請求項１から４の何れか一つに記載の内燃機関の蓄熱装置において、前記蓄熱タンクの少なくとも一部または前記吸気通路の少なくとも一部を樹脂により形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
この第１の発明に係る内燃機関の蓄熱装置では、吸気通路の長手方向における少なくとも一部の全周を蓄熱タンクの断熱材により被覆する。したがって、蓄熱タンクの断熱材により、吸気通路における内燃機関本体の外側表面から放出される熱を遮断することができるので、部品点数を増やすことなく、内燃機関本体内の燃焼室における充填効率の低下をより抑制することができる。
【００１４】
この第２の発明に係る内燃機関の蓄熱装置では、吸気通路の少なくとも一部の全周が、蓄熱タンクの貯留部によって被覆される。したがって、内燃機関本体と吸気ダクトとの間の空間における蓄熱タンクの占める領域を小さくすることができるので、内燃機関本体と吸気ダクトとの間の空間を大きくすることができる。
【００１５】
この第３の発明に係る内燃機関の蓄熱装置では、吸気通路はエアークリーナとサージタンクとを連通する吸気ダクトであることを特徴とする。したがって、吸気全体が、蓄熱タンクの断熱材内に位置することになり、内燃機関本体の外側表面から吸気通路への伝熱を確実に遮断することができるので、内燃機関本体内の燃焼室における充填効率の低下を確実に抑制することができる。
【００１６】
この第４の発明に係る内燃機関の蓄熱装置では、蓄熱タンクの流入口が蓄熱タンクの周方向に向けて設けられる。したがって、したがって、蓄熱タンクに流入する冷却水が周方向の流れとを有するので、蓄熱タンク内の冷却水全体に周方向の流れを付与することができ、蓄熱タンク内に貯留されている冷却水が澱むことを抑制することができる。
【００１７】
この第５の発明に係る内燃機関の蓄熱装置では、蓄熱タンクと吸気通路の少なくとも一部とが樹脂により形成される。したがって、金属により形成された蓄熱タンク及び吸気ダクトに比べて軽量にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
初めに、第１の実施の形態に係る内燃機関の蓄熱装置を図１から図１３の図面を参照して説明する。
【００１９】
図１に示すように内燃機関本体１は、シリンダヘッド２、シリンダブロック４から成り、シリンダヘッド２にはシリンダヘッド側冷却水通路３、シリンダブロック４にはシリンダブロック側冷却水通路５が、それぞれ設けられている。シリンダヘッド側冷却水通路３とシリンダブロック側冷却水通路５とは連通されている。冷却水は、シリンダヘッド側冷却水通路３、シリンダブロック側冷却水通路５を流れることにより内燃機関本体１を冷却し、一方、内燃機関本体１の熱を受熱することにより加熱される。このシリンダヘッド側冷却水通路３は冷却水経路６及び冷却水経路７を介して蓄熱タンク８に連通されている。
【００２０】
冷却水は、冷却水経路６の途中に設置された電動ウォータポンプ９により昇圧され、電動ウォータポンプ９の下流であり蓄熱タンク８側の冷却水経路６に送出される。さらに、冷却水は、蓄熱タンク８に設置の流入口１０、流出口１１、冷却水経路７、シリンダヘッド側冷却水通路３、冷却水経路６、電動ウォータポンプ９、の順に循環しており、冷却水循環路１２を形成している。
【００２１】
ここで、シリンダヘッド２及びシリンダブロック４の周辺の構造について詳細に説明する。
【００２２】
シリンダブロック４にはシリンダ１３が設けられており、このシリンダ１３内にはピストン１４が嵌挿されている。このピストン１４がシリンダ１３内を上下動することにより、内燃機関の出力軸（図示せず）を回転させることとなる。燃焼室１５は、シリンダヘッド２、シリンダブロック４、及びピストン１４により確定される空間である。燃焼室１５は、吸気バルブ１６及び排気バルブ１７を介してそれぞれ吸気ポート１８及び排気ポート１９と連通しており、内燃機関運転時には、吸気ポート１８を通じた混合気の導入や、排気ポート１９を通じた排ガスの排出が行われる。吸気ポート１８に取り付けられた燃料噴射弁２０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１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２０によって噴射供給された燃料は吸気ポート１８内で霧化する。吸気ポート１８には図１に示す通り二重管構造の内管２２の内側を吸入空気の通路として構成する吸気ダクト２３が連通されている。さらに、吸気ダクト２３の上流には吸入空気の不純物を除去するエアクリーナ２４が連通されている。エアクリーナ２４により不純物が除去され、その後、吸気ダクト２３の内管２２を通過した吸入空気が、吸気ポート１８内で霧化された燃料とともに混合気を形成しつつ燃焼室１５内に取り込まれる。尚、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１の指令信号に基づいて駆動するイグナイタ２５が、適宜のタイミングで点火プラグ２６に通電を行うことで、燃焼室１５内に取り込まれた混合気が燃焼される。
【００２３】
シリンダヘッド２内において吸気ポート１８及び排気ポート１９の近傍には、前述のシリンダヘッド側冷却水通路３の一部に相当する吸気ポート側冷却水通路３ａ、排気ポート側冷却水通路３ｂがそれぞれ形成されている。一方、シリンダブロック側冷却水通路５は、シリンダ１３の外周を取り巻くように形成されている。
【００２４】
次に，図１の冷却水循環路１２内に設置された蓄熱タンク８の構造について説明する。
【００２５】
蓄熱タンク８は、例えば図１に示すように、二重管構造である吸気ダクト２３の外管２７を形成する樹脂と、内管２２との間に設けられている。この外管２７を形成する樹脂は、気密性、液密性を有し、且つ所定の断熱性を有する樹脂である。したがって、内燃機関本体１の表面から周囲の空間に放出される熱量が増大しても、外管２７を形成する樹脂の断熱性により、吸気ダクト２３が周囲の空間から伝熱される熱を遮断することができる。ゆえに、燃焼室１５に給送される吸入空気が過度に加熱されることに起因する充填効率の低下を抑制することができる。また、蓄熱タンク８が、内燃機関本体１と吸気ダクト２３との間に設けられた場合、内燃機関本体１と吸気ダクト２３との間に存在する空間が、蓄熱タンク８が占める領域分だけ小さくなる。本実施例では、蓄熱タンク８を、二重管構造である吸気ダクト２３の外管２７を形成する樹脂と、内管２２との間に設けることにより、内燃機関本体１と吸気ダクト２３との間の空間における蓄熱タンク８の占める領域を小さくすることができるので、内燃機関本体１と吸気ダクト２３との間の空間を大きくすることができる。
【００２６】
図１に示した蓄熱タンク８は、貯留部が外管２７と内管２２とで構成されており、中空の柱状とされている。本実施の形態における蓄熱タンク８の貯留部は、その長さが吸気ダクト２３と同等長さとされており、内燃機関本体１の表面から周囲の空間に放出された熱により吸気ダクト２３が過度に加熱されることを確実に抑制できる。
【００２７】
本実施の形態にかかる外管２７を形成する樹脂の材料としては、例えばシリカ系超微細多孔質材料が使用される。シリカ系超微細多孔質材料は、超微粒子状シリカを主成分とし、これに微粉状の無機繊維質充填材と赤外線遮蔽材を配合し、加圧成型してなるものである。
【００２８】
二重管構造の吸気ダクト２３の形状は、例えば図２に示すように中空柱状である。二重管構造の外管２７が、気密性、液密性を有し、且つ所定の断熱性を有する樹脂により形成されているのは前述した通りである。これにより蓄熱タンク８は、所定量の冷却水を外部から断熱した状態で貯留することが可能となる。そして冷却水経路６と蓄熱タンク８の流入口１０、及び蓄熱タンク８の流出口１１と冷却水経路７が各々接続され、冷却水経路６の途中に設置の電動ウォータポンプ９が作動されることにより蓄熱タンク８への冷却水の流入、及び蓄熱タンク８からの冷却水の流出が可能となっている。
【００２９】
蓄熱タンク８に設置された流入口１０は、例えば図２に示したように蓄熱タンク８の周方向に向けて設けられている。周方向とは、蓄熱タンク８の軸線（Ａ）及び流入口の設置箇所における法線（Ｂ）に対して、それぞれ角度α、βをもって取り付けられている。本実施の形態では、これらの角度α、βがいずれも直角とされている。流入口１０を蓄熱タンク８の軸線（Ａ）と平行に設けた場合、流入口１０から蓄熱タンク８内に流入する冷却水の流れが、蓄熱タンク８の周方向成分を有さない。したがって、吸気ダクト２３を挟んで流入口１０の設置箇所と反対側に貯留されている冷却水に流れを与えることができない。また、流入口１０を、その設置箇所における法線（Ｂ）と平行に設けた場合、流入口１０から蓄熱タンク８内に流入する冷却水が、二重管構造の吸気ダクト２３の内管２２に衝突することにより、冷却水の流速が低下する。したがって、流入口１０から流出口１１へ向かう冷却水の流れが小さくなり、蓄熱タンク８内に貯留されている冷却水が澱んでしまう。本実施の形態では、流入口１０を前述のように取り付けることにより、蓄熱タンク８に流入する冷却水がある流速と周方向の流れとを有するので、蓄熱タンク８内の冷却水全体に周方向の流れを付与することができる。即ち、蓄熱タンク８内に貯留されている高温の冷却水の澱みをなくすことができるので、蓄熱タンク８内に高温の冷却水（温水）が残存することを抑制でき、内燃機関の暖機運転時に高温の冷却水を内燃機関本体１に供給することができる。
【００３０】
次に、図３を参照して、本実施の形態にかかる内燃機関の蓄熱装置の概要を説明する。図３は、図１に示した内燃機関の蓄熱装置における冷却水の流通経路を模式的に示した図である。図３において、図１と同一の構成は同一の符号とし、その詳細な説明については省略する。
【００３１】
尚、電動ウォータポンプ９は、車両に搭載されたモータ（図示せず）によって駆動される電動ポンプである。このモータは電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１からの指令信号によって駆動制御される。また、冷却水経路６には、ラジエータ２９を経由して冷却水を空冷するラジエータ側バイパス通路３０が連通されている。このラジエータ側バイパス通路３０には、車内暖房用のヒータコア３１を冷却水が経由するヒータコア側バイパス通路３２が連通されている。機械式ウォータポンプ３３は、内燃機関の出力軸（図示せず）から伝達される駆動力を用い、内燃機関の運転中にラジエータ側バイパス通路３０及びヒータコア側バイパス通路３２よりシリンダブロック側冷却水通路５内に冷却水を引き込む。内燃機関の運転に伴い機械式ウォータポンプ３３が作動すると、ラジエータ側バイパス通路３０及びヒータコア側バイパス通路３２内の冷却水に各々矢印方向に向かう流れが生じるよう促される。
【００３２】
さらに、ラジエータ側バイパス通路３０に設けられたラジエータ２９は、加熱された冷却水の熱を外部に放熱する。電動ファン２９ａは、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１の指令信号に基づいて駆動し、ラジエータ２９による冷却水の放熱作用を高める。また、ラジエータ側バイパス通路３０の通路途中であって、ラジエータ２９の下流にはサーモバルブ３４が設けられている。サーモバルブ３４は温度の高さに感応して開閉する周知の制御弁であり、同サーモバルブ３４近傍におけるラジエータ側バイパス通路３０内の冷却水温度が所定温度（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（例えば８０℃）以下となると閉弁して冷却水の流れを規制する。
【００３３】
すなわち、内燃機関の運転時、冷却水の温度が８０℃を上回るとサーモバルブ３４が開弁し、ラジエータ側バイパス通路３０の冷却水の流れが許容され、ラジエータ２９の作用により冷却水の強制冷却が行われる。ここで、内燃機関にとって、冷却水の温度（冷却水通路４内の冷却水温とほぼ同等）が８０℃を上回っている状態を温間状態といい、８０℃以下にある状態を冷間状態ということにする。
【００３４】
ヒータコア側バイパス通路３２に設けられた車内暖房用のヒータコア３１は、内燃機関内で加熱された冷却水の熱を利用し、必要に応じて車室内（図示せず）の暖房を行う。電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１の指令信号に基づいて駆動される電動ファン３１ａは、車内暖房用ヒータコア３１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（図示せず）を介して車室内に送り込む。
【００３５】
冷却水経路６、及び冷却水経路７の経路途中に設けられた逆止弁２８ａ、２８ｂは、冷却水経路６から蓄熱タンク８を介して冷却水経路７に向かう冷却水の流れのみを許容し、逆流を阻止する。
【００３６】
尚、冷却水循環路１２、シリンダブロック側冷却水通路５、ラジエータ側バイパス通路３０、及びヒータコア側バイパス通路３２から構成される冷却水の流通経路を、冷却系３５と呼ぶことにする。
【００３７】
次に、図４から図６を参照して、本実施例の形態にかかる内燃機関の蓄熱装置が、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１の指令信号等を通じて実行する冷却水の挙動について、その概要を説明する。尚、図４から図６において、図１、図２、及び図３と同一の構成は同一の符号とし、その詳細な説明については省略する。また、この内燃機関の蓄熱装置における冷却水の挙動は、その実行タイミングや実行条件の相違から、「機関始動前（プレヒート）」、「機関始動後冷間時」、及び「機関始動後温間時」に大別される。
【００３８】
尚、図４、図５、図６は、図１に示した内燃機関の蓄熱装置の冷却系を循環する冷却水の流れが内燃機関の運転状態や温度状態に応じて変化する様を説明すべく同内燃機関の蓄熱装置を概略的に示す模式図である。尚、図４、図５、図６において、冷却水の流れが生じている通路は実線で示し、冷却水の流れがほとんど、或いは全く生じていない通路は一点鎖線で示す。
【００３９】
まず、図４は内燃機関が停止状態であり、電動ウォータポンプ９が作動状態にあるときの内燃機関の蓄熱装置を示す。電動ウォータポンプ９が作動すると、冷却水循環路１２に沿って冷却水が流動する。このとき、内燃機関が停止状態にあることから同内燃機関のクランクシャフト（図示せず）によって駆動される機械式ウォータポンプ３３は作動していない。図４に示す冷却系３５の状態は内燃機関が機関始動を行う直前のものに相当し、「プレヒート制御」によって具現化されることとなる。
【００４０】
次に、「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。尚、内燃機関は、前回の機関運転の終了（機関停止）直前、温間状態（冷却水温度が概ね８０℃を上回っている状態である）にあり、蓄熱タンク８内に高温の冷却水が貯留されているものと想定する。
【００４１】
先ず、プレヒートを実行するための期間を内燃機関の始動前に確保するために、内燃機関の始動に先立って必然的に生じる事象、例えばドア開閉、着座、シートベルト装着、ドアロック開、ブレーキペダルの踏み込み、シフトチェンジ、イグニションＯＮ、等を電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１により判断する。図４に示すようにドア開閉センサ３６、着座センサ３７、シートベルトセンサ３８、ドアロックセンサ３９、ブレーキセンサ４０、シフトポジションセンサ４１、イグニションスイッチ４２が、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１に接続されている。この電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１は、これらセンサ等の信号に基づいて内燃機関の始動前か否かを判断する。電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１が、内燃機関の始動前であると判断すると、電動ウォータポンプ９を作動させ、蓄熱タンク８内の温水を冷却水経路７を経てシリンダヘッド側冷却水通路３に供給する。ここで、シリンダヘッド２の温度は、電動ウォータポンプ９の作動開始から５〜１０秒程度で蓄熱タンク８内の高温の冷却水温度と同等の温度（６０℃〜８０℃）に達する。よって、電動ウォータポンプ９の作動開始後、例えば１０秒程度が経過し、電動ウォータポンプ９が停止された後に内燃機関の機関始動が行われるのが好適である。この結果、シリンダヘッド２の温度が確実に蓄熱タンク８内の高温の冷却水温度と同等の温度（６０℃〜８０℃）に達した後、内燃機関の機関始動を行うことができる。
【００４２】
図５及び図６は、何れも内燃機関が運転状態であるときの内燃機関の蓄熱装置を示す。ただし、図５は、冷却系３５内においてサーモバルブ３４近傍の冷却水温が８０℃以下にある状態のものを示し、図６は、同じく冷却系３５内においてサーモバルブ３４近傍の冷却水温が８０℃を上回っている状態のものを示す。
【００４３】
図５、図６に示すように、内燃機関の機関運転に伴い、機械式ウォータポンプ３３が作動状態であり、電動ウォータポンプ９が停止状態にあるときは、シリンダヘッド側冷却水通路３とシリンダブロック側冷却水通路５との連通部から冷却水経路６中のラジエータ側バイパス通路３０の接続部４３までの冷却水循環路１２の一部である共通冷却水通路３ｃを除けば、冷却水循環路１２に沿った冷却水の流れがほぼ停止されることとなる。
【００４４】
図５に示すように、冷却系内におけるサーモバルブ３４近傍の冷却水温が８０℃以下であれば、同サーモバルブ３４が閉弁し、ラジエータ２９からサーモバルブ３４へ向かう冷却水の流れが規制される。したがって、冷却水は機械式ウォータポンプ３３の作用により、シリンダブロック側冷却水通路５、冷却水循環路１２の一部である共通冷却水通路３ｃ、及びヒータコア側バイパス通路内３２を流動されることとなる。（図５）
【００４５】
一方、冷却系３５内におけるサーモバルブ３４近傍の冷却水温が８０℃を上回っている場合、サーモバルブ（制御弁）３４が開弁し、ラジエータ２９からサーモバルブ３４へ向かう冷却水の流れが許容される。したがって、冷却水は機械式ウォータポンプ３３の作用により、シリンダブロック側冷却水通路５、冷却水循環路１２の一部である共通冷却水通路３ｃ、ヒータコア側バイパス通路３２、及びラジエータ側バイパス通路３０内を流動されることとなる。（図６）
【００４６】
また、図５、図６において、「プレヒート制御」の実行後、機械式ウォータポンプ３３の作動に伴い、冷却水循環路１２以外の冷却水通路空間から、低温の冷却水がシリンダヘッド側冷却水通路３内に流れ込む。このためシリンダヘッド２の温度は一時的にわずかに降下する。しかし、内燃機関の機関運転に伴う内燃機関本体１自身の発熱作用によりシリンダヘッド２の温度が徐々に上昇し、外気温度等の環境条件にもよるが、内燃機関の機関始動から数秒程度が経過した後に、シリンダヘッド２の温度（冷却水温とほぼ同等）が８０℃に達すると、当該温度近傍でサーモバルブ３４が開弁と閉弁を繰り返すことにより、冷却水温（シリンダヘッド２の温度）はほぼ定温（８０℃）に保持される。
【００４７】
さらに、内燃機関の機関運転の終了（機関停止）に伴い、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１が、電動ウォータポンプ９を作動させ、蓄熱タンク８内に冷却水温がほぼ定温（８０℃）に保持された冷却水（温水）を貯留する。つまり、高温の冷却水が保有する熱エネルギを蓄熱タンク８内に保存しておく。
【００４８】
尚、本実施の形態における内燃機関が、機関運転を行っている最中の冷却系３５は、基本的には図５若しくは図６に示す状態を保持することとなる。
【００４９】
本実施の形態においては、図１に示した蓄熱タンク８を採用したが、例えば、図７、図８、図９に示すような蓄熱タンク４４、４７、５０を用いてもよい。図７、図８、図９において、図１と同一の構成は同一の符号とし、その詳細な説明については省略する。
【００５０】
図７に示した内燃機関の蓄熱装置は、吸気ダクト４５の一部が二重管構造とされており、両端部が一重管構造とされている。蓄熱タンク４４は、吸気ダクト４５の二重管構造とされた部分の外管４６と内管２２との間に設けられている。したがって、蓄熱タンク４４の搭載に必要となるスペースを小さくすることができるので、車両搭載に対する蓄熱タンク４４の搭載性に関しても優位性を発揮できる。
【００５１】
同様に、図８に示した蓄熱タンク４７は、吸気ダクト４８の外管２７及び内管４９が共に、気密性、液密性を有し、所定の断熱性を有する樹脂により形成されている。したがって、蓄熱タンク４７内に貯留された高温の冷却水の熱が、内管４９を通過する吸入空気に伝熱することを抑制できるので、吸気ダクト４８内の吸入空気が過度に加熱されることを抑制することができる。よって内燃機関の燃焼室内における充填効率の低下を確実に抑制することができる。
【００５２】
同様に、図９は内燃機関の蓄熱装置のうち、吸気ダクト５１と蓄熱タンク５０のみを示す。図９に示す吸気ダクト５１は、一重管構造とされており、蓄熱タンク５０は、吸気ダクト５１の内燃機関本体１側に一体に設けられている。さらに、蓄熱タンク５０の外壁を形成する樹脂が中空柱状とされることにより、吸気ダクト５１の外壁５２を形成している。したがって、蓄熱タンク５０の外側を形成する樹脂の断熱性により、吸気ダクト５１内の吸入空気が過度に加熱されることを抑制することができる。尚、図９に示した蓄熱タンク５０に設けられる流入口１０、及び流出口１１の設置については、特に条件を設定する必要はない。
【００５３】
また、本実施の形態において、図２に示した二重管構造である吸気ダクト２３の形状の変形例を図１０、図１１に示す。図１０、図１１において、図２と同一の構成は同一の符合とし、その詳細な説明については省略する。図１０に示す吸気ダクト５３は、四角柱状とされており、図１１に示す吸気ダクト５４は三角柱状とされている。このように種々の形状の吸気ダクト５３、５４を用いてもよいことは明らかである。
【００５４】
尚、図２、図１０、図１１に示した二重管構造の吸気ダクト２３、５３、５４を、三重管構造等の多重管構造としてもよいことは明らかである。
【００５５】
また、本実施の形態においては、図３に示した冷却水循環路１２ではなく、例えば図１２に示すような内燃機関の蓄熱装置を用いてもよい。この内燃機関の蓄熱装置では、その冷却系５５の一部として、シリンダヘッド側冷却水通路３、ヒータコア側バイパス通路３２、ヒータコア３１、ヒータコア側バイパス通路３２、機械式ウォータポンプ３３、シリンダブロック側冷却水通路５、の順に冷却水を循環させる冷却水循環路５６を備えている。冷却水循環路５６に対して冷却水経路６、及び冷却水経路７を介して蓄熱タンク８を並列配置する。このような構成からなる内燃機関の蓄熱装置において、冷却水通路６の途中に設置された電動ウォータポンプ９の作動時は、冷却水が電動ウォータポンプ９により昇圧され、さらに電動ウォータポンプ９下流の冷却水通路６に送出されて蓄熱タンク８に至る。一方、内燃機関の機関運転時は、電動ウォータポンプ９が停止され、機械式ウォータポンプ３３が作動する。
【００５６】
すなわち、プレヒート中には電動ウォータポンプ９が作動することにより、各部位で矢印Ｘ方向に冷却水が流れ、通常運転時には機械式ウォータポンプ３３が冷却水を内燃機関本体１内に引き込むよう動作することにより各部位で矢印Ｙ方向に冷却水が流れる。したがって、プレヒート中と通常の機関運転時とで、冷却系内の冷却水が逆方向に流れることとなる。
【００５７】
また、シリンダヘッド側冷却水通路３からヒータコア側バイパス通路へ流動する冷却水の流量を調節する流量制御弁５７を備えている。この流量制御弁５７を全閉状態にして機械式ウォータポンプ３３が駆動されると、冷却水が概ね内燃機関本体１内に閉じ込められた状態で循環することとなる（方向Ｚ）。このような態様により、内燃機関の始動直後には冷却水の循環する領域を小さく抑えることができるので、内燃機関本体１内の冷却水温を急速に暖機させることもできる。また、上記した「プレヒート制御」を併用すれば、内燃機関の始動時前後に亘る暖機効率を一層高めることができるようになる。
【００５８】
本実施例の形態にかかる内燃機関の蓄熱装置において、燃料噴射弁２０により噴射供給される燃料は、吸気ポート１８内で霧化し、二重管構造である吸気ダクト２３の内管２２を通過した吸入空気とともに混合気を形成しつつ燃焼室１５内に取り込まれて燃焼に用いられるのは、図１において説明した通りである。噴射供給された燃料が吸気ポート１８内で速やかに霧化されること、またはこの霧化された状態を好適に保持するという観点から、内燃機関本体１、特にシリンダヘッド２内に形成された吸気ポート１８内壁の温度が所定温度（６０℃、好ましくは８０℃程度）を上回っていることが好ましい。これは、吸気ポート１８内壁の温度が低くなると、燃料を効率良く霧化させることや、霧化された燃料が付着しやすくなりその霧化状態を保持することが難しくなるためである。こうのような燃料霧化の悪化は、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要因となる。
【００５９】
したがって、内燃機関本体１を、例えばシリンダヘッド２の吸気ポート１８周辺部位、シリンダヘッド２の排気ポート１９の周辺部位、シリンダブロック４といった各部位ごとに冷却水を循環させることができるように構成しておく。そして、内燃機関の始動初期における排気特性や燃費の向上を図るために温度を上昇させる優先順位を設定しておき、優先順位の高い部位から順次温水供給を行うように制御してもよい。
【００６０】
具体的には、先ず吸気ポート１８周辺部位に蓄熱タンク８内に貯留されていた温水全量の一部を供給し、その後所定期間を経て、排気ポート１９周辺部位に蓄熱タンク８内に貯留された温水全量の他の一部を供給し、さらにその後所定期間を経て、シリンダブロック４に蓄熱タンク８内に貯留されていた温水の残りを供給するのが好ましい。また、吸気ポート１８周辺部位への温水供給→吸気ポート１８周辺と排気ポート１９周辺とを含めた部位への温水供給→内燃機関全体への温水供給といったように、温水を供給する範囲を、優先順位の高い局所的な範囲から優先順位の低い部位も含めた広い範囲へと順次拡大させるように、冷却系３５の構造や、プレヒートの実施にかかる制御ロジックを構築してもよい。
【００６１】
また、本実施の形態においては、内燃機関と一体に構成された冷却系３５と電子制御ユニット（ＥＣＵ）２１とにより、本実施の形態における蓄熱装置が構成されることとなっている。これに対し、熱媒体として冷却水でなくオイル等の熱媒体を介して蓄熱してもよい。
【００６２】
また、こうした内燃機関は、さらに他の駆動手段（例えば電動式モータ）を付設し、当該内燃機関と他の駆動手段（原動機）との協働により駆動力を発生するいわゆるハイブリットエンジンであってもよい。この場合、例えば蓄熱タンク８からの熱供給（プレヒート）が完了するまで他の駆動手段のみによる駆動動作を行うといった制御を行ってもよい。
【００６３】
また、本実施の形態にかかる「プレヒート制御」に代わり、内燃機関の機関始動と同時に、概ね８０℃以上の温度状態で蓄熱タンク８に貯留されている冷却水（温水）をシリンダヘッド側冷却水通路３に供給してもよい。この場合、内燃機関の機関始動から１０秒程度が経過した状態において、シリンダヘッド２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２の温度）がほぼ定温（８０℃）に保持されるようになる。したがって、内燃機関の機関始動に伴い、内燃機関本体１自身の発熱作用のみでシリンダヘッド２の温度が徐々に上昇する場合よりも、早期に内燃機関本体１を暖機させることができるので、燃費性能や排気エミッションの向上を図ることができる。
【００６４】
また、本実施の形態にかかる蓄熱タンク８において、例えば図１３に示すように吸気ダクト２３の内管２２の外周面上に、螺旋状の整流板５８を設置してもよい。この場合、蓄熱タンク８の周方向に向けて取付けられた流入口１０から流入した蓄熱タンク８内の冷却水の流れが、蓄熱タンク８の軸線方向に対して周方向成分が一層増大された流れとなる。したがって、流入口１０から蓄熱タンク８に流入する冷却水により、蓄熱タンク８内に貯留されていた高温の冷却水が順に流出口１１に向かって押し出され、流入口１０から蓄熱タンク８に流入する低温の冷却水が蓄熱タンク８内に残存している高温の冷却水（温水）よりも先に流出口１１付近に到達し、内燃機関の暖機運転時に低温の冷却水が内燃機関本体１に供給されることをより一層抑制することができる。さらに、流入口１０より流入する低温の冷却水と蓄熱タンク８内に貯留されていた高温の冷却水（温水）との混合による温水の温度低下も抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態にかかる内燃機関について、その燃焼室周辺、及び吸気管周辺の断面構造を部分的に拡大して示す略図。
【図２】同実施の形態にかかる吸気ダクトの構造を拡大して示す略図。
【図３】同実施の形態にかかる内燃機関の蓄熱装置を示す概略構成図。
【図４】同実施の形態にかかる内燃機関の蓄熱装置を概略的に示す模式図。
【図５】同実施の形態にかかる内燃機関の蓄熱装置を概略的に示す模式図。
【図６】同実施の形態にかかる内燃機関の蓄熱装置を概略的に示す模式図。
【図７】他の実施の形態にかかる内燃機関について、その燃焼室周辺、及び吸気管周辺の断面構造を部分的に拡大して示す略図。
【図８】他の実施の形態にかかる内燃機関について、その燃焼室周辺、及び吸気管周辺の断面構造を部分的に拡大して示す略図。
【図９】他の実施の形態にかかる内燃機関について、その燃焼室周辺、及び吸気管周辺の断面構造を部分的に拡大して示す略図。
【図１０】他の実施の形態にかかる吸気ダクトの構造を示す概略構成図。
【図１１】他の実施の形態にかかる吸気ダクトの構造を示す概略構成図。
【図１２】他の実施の形態にかかる内燃機関の蓄熱装置を概略的に示す模式図。
【図１３】他の実施の形態にかかる蓄熱タンクの構造を拡大して示す略図。
【符号の説明】
【００６６】
１      内燃機関本体
２      シリンダヘッド
３      シリンダヘッド側冷却水通路
３ａ    吸気ポート側冷却水通路
３ｂ    排気ポート側冷却水通路
３ｃ    共通冷却水通路
４      シリンダブロック
５      シリンダブロック側冷却水通路
６      冷却水経路
７      冷却水経路
８      蓄熱タンク
９      電動ウォータポンプ
１０    流入口
１１    流出口
１２    冷却水循環路
１３    シリンダ
１４    ピストン
１５    燃焼室
１６    吸気バルブ
１７    排気バルブ
１８    吸気ポート
１９    排気ポート
２０    燃料噴射弁
２１    電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２２    内管
２３    吸気ダクト
２４    エアクリーナ
２５    イグナイタ
２６    点火プラグ
２７    外管
２８ａ  逆止弁
２８ｂ  逆止弁
２９    ラジエータ
２９ａ  電動ファン
３０    ラジエータ側バイパス通路
３１    ヒータコア
３１ａ  電動ファン
３２    ヒータコア側バイパス通路
３３    機械式ウォータポンプ
３４    サーモバルブ
３５    冷却系
３６    ドア開閉センサ
３７    着座センサ
３８    シートベルトセンサ
３９    ドアロックセンサ
４０    ブレーキセンサ
４１    シフトポジションセンサ
４２    イグニションスイッチ
４３    接続部
４４    蓄熱タンク
４５    吸気ダクト
４６    外管
４７    蓄熱タンク
４８    吸気ダクト
４９    内管
５０    蓄熱タンク
５１    吸気ダクト
５２    外壁
５３    吸気ダクト
５４    吸気ダクト
５５    冷却系
５６    冷却水循環路
５７    流量制御弁
５８    整流板
【図１】
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【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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【図１２】
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【図１３】
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