(57)【要約】【課題】冷態状態で始動された内燃機関の暖機性能を簡単に評価可能とする。【解決手段】内燃機関に供給する時間あたりの燃料供給量（燃料供給スケジュール）を決定すると、温度上昇係数を用いて、燃料供給量から冷却水温度の温度上昇量を算出する。こうすれば、冷態状態で内燃機関を始動した時に冷却水温度が上昇する様子を計算によって予測することができる。このため、実際に内燃機関を冷態始動させる必要が無くなるので、内燃機関の暖機性能を簡単に評価することが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水を循環させる循環ポンプと、該冷却水の冷却水温度が所定の開弁温度に達すると開弁して該冷却水の循環経路を切り換える切換弁と、該切換弁が開弁すると前記冷却水が流れる前記循環経路に設けられて前記冷却水温度を低下させる放熱器とを備える内燃機関に適用されて、該冷却水温度が前記開弁温度以下である冷態状態で前記内燃機関が始動された後、該冷却水温度が前記開弁温度に達するまでの該冷却水温度の温度変化に基づいて、前記内燃機関の暖機性能を評価する暖機性能評価装置であって、
前記内燃機関が前記冷態状態で単位量の燃料を消費した時の前記冷却水温度の上昇量を、該単位量の燃料消費に対する温度上昇係数として記憶している温度上昇係数記憶部と、
前記内燃機関が前記冷態状態で始動された時の前記冷却水温度である初期水温を記憶している初期水温記憶部と、
前記内燃機関に供給される時間あたりの燃料供給量の変化を示す燃料供給スケジュールを受け取って、該燃料供給スケジュールに示された前記燃料供給量と、前記温度上昇係数とに基づいて、前記冷却水温度の温度上昇量を算出する温度上昇量算出部と、
前記初期水温と前記温度上昇量とに基づいて、前記冷却水温度が前記開弁温度に達するまでの該冷却水温度を算出する冷却水温度算出部と
を備える暖機性能評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の暖機性能評価装置であって、
前記冷却水温度が前記開弁温度に達した温態状態で前記内燃機関に供給する時間あたりの燃料供給量を、前記冷態状態での前記燃料供給量である冷態時燃料供給量に変換するための変換係数を、前記冷却水温度に対応付けて記憶しておく変換係数記憶部と、
前記冷却水温度算出部で算出された前記冷却水温度に対応する前記変換係数を取得して、前記燃料供給スケジュールに従って決定された前記燃料供給量を前記変換係数を用いて変換することにより、前記冷態時燃料供給量である冷態時燃料供給量を算出して、前記燃料供給量として前記温度上昇量算出部に出力する冷態時燃料供給量出力部と
を備える暖機性能評価装置。
【請求項３】
請求項２に記載の暖機性能評価装置であって、
前記冷却水温度が前記開弁温度になるまでの前記冷態時燃料供給量を累積することにより、冷態始動時燃料消費量を算出する冷態始動時燃料消費量算出部を備える
暖機性能評価装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の暖機性能評価装置であって、
前記内燃機関の機関回転速度および発生トルクによって規定される運転条件で前記内燃機関を定常運転した時の、時間あたりの燃料供給量である定常燃料供給量を記憶している定常燃料供給量記憶部と、
前記内燃機関の前記運転条件の変化を示す機関運転スケジュールを受け取って、該機関運転スケジュールが示す前記運転条件に対応する前記定常燃料供給量を、前記燃料供給スケジュールに従って決定された前記燃料供給量として前記冷態時燃料供給量出力部に出力する燃料供給量出力部と
を備える暖機性能評価装置。
【請求項５】
請求項４に記載の暖機性能評価装置であって、
前記温度上昇係数記憶部は、前記内燃機関の前記発生トルクに応じた前記温度上昇係数を記憶している記憶部である
暖機性能評価装置。
【請求項６】
請求項５に記載の暖機性能評価装置であって、
前記温度上昇係数記憶部は、前記内燃機関の前記運転条件に応じた前記温度上昇係数を記憶している記憶部である
暖機性能評価装置。
【請求項７】
冷却水を循環させる循環ポンプと、該冷却水の冷却水温度が所定の開弁温度に達すると開弁して該冷却水の循環経路を切り換える切換弁と、該切換弁が開弁すると前記冷却水が流れる前記循環経路に設けられて前記冷却水温度を低下させる放熱器とを備える内燃機関に適用されて、該冷却水温度が前記開弁温度以下である冷態状態で前記内燃機関が始動された後、該冷却水温度が前記開弁温度に達するまでの該冷却水温度の温度変化に基づいて、前記内燃機関の暖機性能を評価する暖機性能評価方法であって、
前記内燃機関が前記冷態状態で単位量の燃料を消費した時の前記冷却水温度の上昇量を、該単位量の燃料消費に対する温度上昇係数として記憶する工程と、
前記内燃機関が前記冷態状態で始動された時の前記冷却水温度である初期水温を記憶する工程と、
前記内燃機関に供給される時間あたりの燃料供給量の変化を示す燃料供給スケジュールを受け取って、該燃料供給スケジュールに示された前記燃料供給量と、前記温度上昇係数とに基づいて、前記冷却水温度の温度上昇量を算出する工程と、
前記初期水温と前記温度上昇量とに基づいて、前記冷却水温度が前記開弁温度に達するまでの該冷却水温度を算出する工程と
を備える暖機性能評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷態状態で始動された内燃機関の暖機性能を評価する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関を始動すると、時間の経過と共に機関本体や冷却水温度が上昇し、やがて一定温度を超えそうになると冷却することによって温度変動を繰り返す暖機状態となる。そして、その後は、暖機状態での運転が継続される。このため内燃機関は、運転中のほとんどの時間が暖機状態で運転されており、従って、内燃機関の開発に際しては、暖機状態での性能（機関出力や、排ガス排出量、燃料消費量など）を向上させることが大きな目標となる。
【０００３】
その一方で、内燃機関が暖機状態になるまでの間は、暖機状態と同じようには内燃機関を運転できないことも周知の事実である。従って、内燃機関の開発に際しては、暖機状態となるまでの間、内燃機関を適切に運転できるように制御する技術の開発も重要となる。このことに対応して、内燃機関の機関本体や冷却水温度が温まっていない冷態状態でも、内燃機関を適切に運転できるようにするための様々な技術が提案されている（特許文献１、特許文献２など）。
【０００４】
更には、内燃機関の開発に際しては、冷態状態で始動された内燃機関の暖機時間を短縮して、できるだけ短時間で暖機状態に移行させるような技術を開発することも重要と考えられる。そして、このような技術を開発するためには、冷態状態で始動された内燃機関が暖機状態となるまでの過程（暖機過程）を評価することが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１４４９３４号公報
【特許文献２】特開２０１４−２１８８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、冷態状態で始動された内燃機関の暖機過程を評価するためには、たいへんに手間の掛かる実験が必要になるという問題があった。これは、実験を１回する度に内燃機関が暖機状態となってしまうので、次回の実験に備えて内燃機関を冷態状態に戻すために長い時間が掛かってしまうためである。もちろん、シミュレーション計算によって内燃機関の暖機過程を評価することができれば、このような問題は解決することができるが、内燃機関の暖機過程は、燃焼室内での燃焼や、燃焼によって生じた燃焼ガスから燃焼室の内壁への熱伝達や、燃焼室の外壁から冷却水への熱伝達などの多くの過程を含んでいる。しかも、それら１つ１つの過程がたいへん複雑な現象であるため、実用的な精度で内燃機関の暖機過程をシミュレーション計算することは、現状では極めて難しい。
【０００７】
この発明は、従来の技術が有する上述した課題を解決するためになされたものであり、冷態状態で始動された内燃機関の暖機過程における性能（暖機性能）を簡単に評価することが可能な技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の暖機性能評価装置は、次の構成を採用した。すなわち、
冷却水を循環させる循環ポンプと、該冷却水の冷却水温度が所定の開弁温度に達すると開弁して該冷却水の循環経路を切り換える切換弁と、該切換弁が開弁すると前記冷却水が流れる前記循環経路に設けられて前記冷却水温度を低下させる放熱器とを備える内燃機関に適用されて、該冷却水温度が前記開弁温度以下である冷態状態で前記内燃機関が始動された後、該冷却水温度が前記開弁温度に達するまでの該冷却水温度の温度変化に基づいて、前記内燃機関の暖機性能を評価する暖機性能評価装置であって、
前記内燃機関が前記冷態状態で単位量の燃料を消費した時の前記冷却水温度の上昇量を、該単位量の燃料消費に対する温度上昇係数として記憶している温度上昇係数記憶部と、
前記内燃機関が前記冷態状態で始動された時の前記冷却水温度である初期水温を記憶している初期水温記憶部と、
前記内燃機関に供給される時間あたりの燃料供給量の変化を示す燃料供給スケジュールを受け取って、該燃料供給スケジュールに示された前記燃料供給量と、前記温度上昇係数とに基づいて、前記冷却水温度の温度上昇量を算出する温度上昇量算出部と、
前記初期水温と前記温度上昇量とに基づいて、前記冷却水温度が前記開弁温度に達するまでの該冷却水温度を算出する冷却水温度算出部と
を備えることを要旨とする。
【０００９】
また、上述した暖機性能評価装置に対応する本発明の暖機性能評価方法は、次の構成を採用した。すなわち、
冷却水を循環させる循環ポンプと、該冷却水の冷却水温度が所定の開弁温度に達すると開弁して該冷却水の循環経路を切り換える切換弁と、該切換弁が開弁すると前記冷却水が流れる前記循環経路に設けられて前記冷却水温度を低下させる放熱器とを備える内燃機関に適用されて、該冷却水温度が前記開弁温度以下である冷態状態で前記内燃機関が始動された後、該冷却水温度が前記開弁温度に達するまでの該冷却水温度の温度変化に基づいて、前記内燃機関の暖機性能を評価する暖機性能評価方法であって、
前記内燃機関が前記冷態状態で単位量の燃料を消費した時の前記冷却水温度の上昇量を、該単位量の燃料消費に対する温度上昇係数として記憶する工程と、
前記内燃機関が前記冷態状態で始動された時の前記冷却水温度である初期水温を記憶する工程と、
前記内燃機関に供給される時間あたりの燃料供給量の変化を示す燃料供給スケジュールを受け取って、該燃料供給スケジュールに示された前記燃料供給量と、前記温度上昇係数とに基づいて、前記冷却水温度の温度上昇量を算出する工程と、
前記初期水温と前記温度上昇量とに基づいて、前記冷却水温度が前記開弁温度に達するまでの該冷却水温度を算出する工程と
を備えることを要旨とする。
【００１０】
このような構成を有する本発明の暖機性能評価装置および暖機性能評価方法においては、内燃機関が冷態状態で始動された時の冷却水温度が初期水温から上昇する様子を、内燃機関への燃料供給スケジュールに基づいて算出することができる。このため、実際に内燃機関を運転しなくても評価することができるので、内燃機関の暖機性能を簡単に評価することが可能となる。
【００１１】
また、上述した本発明の暖機性能評価装置においては、冷態状態での燃料供給スケジュールを、次のようにして温態状態（冷却水温度が前記開弁温度に達した状態）での燃料供給スケジュールから生成しても良い。先ず、温態状態で燃料供給量を、冷態状態での燃料供給量（冷態時燃料供給量）に変換するための変換係数を、冷却水温度に対応付けて記憶しておく。そして、冷却水温度算出部で冷却水温度を算出すると、その冷却水温度に対応する変換係数を用いて、燃料供給スケジュールに示される燃料供給量を冷態時燃料供給量に変換する。こうして得られた冷態時燃料供給量と温度上昇係数とを用いて、冷却水の温度上昇量を算出する。
【００１２】
こうすれば、温態状態での燃料供給スケジュールが分かれば、冷態状態で内燃機関を始動した時に、冷却水温度が初期水温から上昇する様子を計算によって予測することが可能となる。
【００１３】
また、上述した本発明の暖機性能評価装置においては、冷却水温度が開弁温度になるまでの冷態時燃料供給量を累積することによって、冷態始動時燃料消費量を算出することとしてもよい。
【００１４】
こうすれば、内燃機関を実際に運転しなくても、内燃機関が冷態状態から温態状態となるまでに必要な燃料消費量（冷態始動時燃料消費量）を計算によって予測することが可能となる。
【００１５】
また、上述した本発明の暖機性能評価装置においては、次のようにすることで、内燃機関を所定の機関運転スケジュールに従って運転した時の暖機性能を、計算によって予測することとしてもよい。先ず、内燃機関の運転条件（機関回転速度および発生トルク）毎に、その運転条件で内燃機関を定常運転した時の時間あたりの燃料供給量（定常燃料供給量）を記憶しておく。そして、内燃機関の運転条件の変化を示す機関運転スケジュールを受け取ると、機関運転スケジュールに示される運転条件に対応する定常燃料供給量を読み出して、冷態時燃料供給量出力部に出力する。
【００１６】
こうすれば、内燃機関の機関運転スケジュールが分かれば、冷態状態で始動した内燃機関の暖機性能を計算によって予測することが可能となる。
【００１７】
また、上述した本発明の暖機性能評価装置においては、内燃機関の発生トルクに応じて温度上昇係数を記憶しておいてもよい。
【００１８】
適切な温度上昇係数は、内燃機関の発生トルクに応じて異なることが、経験から分かっている。従って、内燃機関の発生トルクに応じて温度上昇係数を記憶しておけば、冷却水の温度上昇量をより一層正確に算出することが可能となる。
【００１９】
また、上述した本発明の暖機性能評価装置においては、内燃機関の運転条件に応じて温度上昇係数を記憶しておいてもよい。
【００２０】
適切な温度上昇係数は、内燃機関の発生トルクだけでなく、機関回転速度によっても異なることが、経験から分かっている。従って、内燃機関の運転条件に応じて温度上昇係数を記憶しておけば、冷却水の温度上昇量をより一層正確に算出することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、冷態状態で始動された内燃機関の暖機過程における性能を簡単に評価することができる。その結果、例えば、内燃機関の暖機時間を短縮するなどのように、暖機性能を改善する技術の開発を促進することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】暖機性能を評価しようとする内燃機関１の冷却系の概要を示した説明図である。
【図２】第１実施例の暖機性能評価装置１０の大まかな内部構成を示すブロック図である。
【図３】内燃機関の暖機過程の実測結果を例示した説明図である。
【図４】内燃機関の暖機過程で計測された冷却水温度の上昇速度と、時間あたりの燃料供給量との関係を示した説明図である。
【図５】内燃機関に供給する時間あたりの燃料供給量に基づいて暖機過程での冷却水温度を予測可能なことを示す説明図である。
【図６】第２実施例の暖機性能評価装置２０の大まかな内部構成を示すブロック図である。
【図７】機関運転スケジュールを例示した説明図である。
【図８】内燃機関に供給するべき時間あたりの燃料供給量が内燃機関の運転条件に応じて設定された定常燃料供給量マップを例示した説明図である。
【図９】冷態状態と温態状態とで燃料供給量の実測結果を比較した説明図である。
【図１０】温態時の燃料供給量を冷態時燃料供給量に変換するための変換係数についての説明図である。
【図１１】第２実施例の暖機性能評価装置２０を用いて冷態時燃料消費量を算出した結果を例示した説明図である。
【図１２】予測精度を向上させるための第１変形例についての説明図である。
【図１３】予測精度を向上させるための第２変形例についての説明図である。
【図１４】第３実施例の暖機性能評価装置３０の大まかな内部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施例を説明する。
Ａ．第１実施例  ：
Ｂ．第２実施例  ：
Ｃ．第３実施例  ：
【００２４】
Ａ．第１実施例  ：
初めに、本実施例の暖機性能評価装置が暖機性能を評価する対象として想定している内燃機関１の構成について簡単に説明しておく。本実施例の暖機性能評価装置が対象として想定している内燃機関１は、図１に示すような冷却系を備えた内燃機関１である。すなわち、対象として想定している内燃機関１は、内燃機関１の機関本体２を冷却するための冷却水を循環させる循環ポンプ３と、冷却水が循環する循環経路４を切り換える切換弁５とを備えている。切換弁５は、冷却水の温度が開弁温度（例えば８５℃）を超えると開弁して、冷却水の循環経路４を切り換える。また、切換弁５が開弁した時に冷却水が流れる循環経路４には放熱器６が設けられており、冷却水は放熱器６を通過することによって冷却される。
【００２５】
図１（ａ）には、内燃機関１の冷却水温度が開弁温度よりも低く、従って切換弁５が回転していない状態（冷態状態）で内燃機関１を運転している時の冷却水の流れが示されている。図中に矢印で示したように、冷態状態では、機関本体２の内部を通過した冷却水は、放熱器６で冷却されることなく、循環ポンプ３によって循環する。このため、内燃機関１を運転していると、次第に冷却水温度が上昇していく。そして、冷却水温度が開弁温度に達すると切換弁５が開弁する。図１（ｂ）には、切換弁５が開弁した時の冷却水の流れが示されている。図中に矢印で示したように、切換弁５が開弁すると冷却水が放熱器６を通過して冷却されるようになる。そして、冷却水温度が開弁温度を下回るようになると、開弁していた切換弁５が閉弁して、図１（ａ）に示した状態に復帰する。このように、内燃機関１は、冷態状態で始動されると次第に冷却水温度が上昇していき、冷却水温度が開弁温度に達した後は、切換弁５が開弁状態と閉弁状態とを繰り返し、それに伴って冷却水温度も開弁温度を挟んで変動を繰り返す状態となる。以下に説明する本実施例の暖機性能評価装置は、このような冷却系を備える内燃機関１の暖機性能を評価する。
【００２６】
図２は、第１実施例の暖機性能評価装置１０の大まかな内部構成を示すブロック図である。図示されるように第１実施例の暖機性能評価装置１０は、温度上昇量算出部１１と、温度上昇係数記憶部１２と、冷却水温度算出部１３と、初期水温取得部１４とを備えている。尚、これらの「部」は、暖機性能評価装置１０が内燃機関の暖機性能を評価するために備える機能に着目して、暖機性能評価装置１０の内部を便宜的に分類した抽象的な概念であり、暖機性能評価装置１０がこれらの部に物理的に区分されることを表すものではない。従って、これらの「部」は、ＣＰＵで実行されるコンピュータープログラムとして実現することもできるし、ＬＳＩやメモリーを含む電子回路として実現することもできるし、更にはこれらを組合せることによって実現することもできる。また、第１実施例の暖機性能評価装置１０は、いわゆるマイクロコンピューターによって実現されている。
【００２７】
第１実施例の暖機性能評価装置１０を用いて、内燃機関１の暖機性能を評価するに際しては、評価しようとしている内燃機関１についての温度上昇係数を求めておく必要がある。ここで「温度上昇係数」とは、暖機性能を評価しようとしている内燃機関１に対して単位量の燃料を供給した時に、その内燃機関１の冷却水温度がどの程度、上昇するかを表す係数である。詳細には後述するが、内燃機関１が冷態状態にある間は、内燃機関１への燃料供給量と、冷却水温度の温度上昇量との間には、大まかな比例関係が成り立つことが見出された。従って、燃料供給量に対する冷却水温度の温度上昇量の比例係数が、温度上昇係数である。そして、この温度上昇係数は、後述する簡単な実験によって内燃機関１毎に予め求めておくことができる。
【００２８】
また、内燃機関１の暖機性能を評価するに際しては、内燃機関１を始動した時の冷却水温度（初期水温）も予め決めておく。そして、内燃機関１の暖機性能を評価するに先立って、温度上昇係数については、温度上昇係数記憶部１２に記憶させ、初期水温については、初期水温取得部１４に記憶させておく。
【００２９】
このように温度上昇係数および初期水温を記憶させた状態で、燃料供給スケジュールを温度上昇量算出部１１に入力する。ここで「燃料供給スケジュール」とは、内燃機関１に供給される時間あたりの燃料供給量が、時間の経過と共にどのように変化するかを示したデータである。温度上昇量算出部１１は、燃料供給スケジュールに示された時間あたりの燃料供給量に、温度上昇係数記憶部１２から読み出した温度上昇係数を乗算することによって、冷却水温度の時間あたりの温度上昇量を算出する。燃料供給スケジュールに示される燃料供給量が時間の経過と共に変化している場合には、冷却水温度の温度上昇量も時間の経過と共に変化するような温度上昇量となる。
【００３０】
冷却水温度算出部１３は、初期水温取得部１４から読み出した初期水温に、温度上昇量算出部１１から受け取った冷却水温度の温度上昇量を加算することによって、冷却水温度を算出する。従って、暖機性能評価装置１０に対して、内燃機関１を始動する時の冷却水の初期温度と、内燃機関１に対する燃料供給スケジュールとを設定してやれば、始動後の冷却水温度の温度変化をシミュレーション計算することができる。このことから、例えば、冷却水温度が開弁温度に達した暖機状態となるまでに要する時間や、あるいは、始動後からの任意の経過時間での冷却水温度などについての情報を簡単に得ることができる。
【００３１】
こうしたことが可能となったのは、「内燃機関１が冷態状態にある間は、燃料供給量と冷却水温度の温度上昇量との間に比例関係が成り立つと考えて良い」という新たな知見が見出されたことによる。そこで、以下では、このような知見の根拠について説明する。
【００３２】
図３には、冷態状態で内燃機関１を始動した後の冷却水温度を実測した結果が例示されている。ここでは、内燃機関１の機関回転速度や発生トルクが図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように変動する条件で、内燃機関１が運転されたものとしている。これは、内燃機関１が車両に搭載されており、且つ、内燃機関１の始動後、直ちに走行が開始された場合を想定したものである。そして、このような運転条件で内燃機関１を運転した時に、冷却水温度が時間の経過と共に上昇していく様子を計測した。
【００３３】
図３（ｃ）には、冷却水温度の実測結果が示されている。図示されるように、冷却水温度は時間の経過と共に上昇しているが、上昇の仕方は複雑に変化している。これは、図３（ａ）および図３（ｂ）に示したように内燃機関１の運転条件が複雑に変動していることによる。このように複雑に変化する運転条件から、冷却水温度の上昇過程を計算によって求めることはほとんど不可能と思われる。そこで、複雑に変化する運転条件で内燃機関１を運転するために、内燃機関１に供給した時間あたりの燃料供給量を実測したところ、図３（ｄ）に示す結果が得られた。
【００３４】
図３（ｃ）に示す冷却水温度の上昇過程と、図３（ｄ）に示す時間あたりの燃料供給量とを比較すると、次のような特徴がある。先ず、始動後の５０秒付近で温度の上昇速度が増加しているが（図３（ｃ）中の「Ａ」参照）、そのタイミングでは燃料供給量が大きな値となっている（図３（ｄ）中の「ａ」参照）。また、始動後１００〜１５０秒の付近では冷却水温度の上昇速度が小さくなっているが（図３（ｃ）中の「Ｂ」参照）、そのタイミングでは燃料供給量が小さな値となっている（図３（ｄ）中の「ｂ」参照）。更に、
始動後１７５秒付近で冷却水温度の上昇速度が一時的に増加する箇所があるが（図３（ｃ）中の「Ｃ」参照）、そのタイミングでは燃料供給量も一時的に大きな値を取る（図３（ｄ）中の「ｃ」参照）。このことから、内燃機関１に供給する時間あたりの燃料供給量に着目すれば、暖機過程での冷却水温度の上昇速度を予測できるのではないかと考えた。そこで、図３（ｃ）に示した冷却水温度の実測結果から、冷却水温度の時間あたりの上昇速度を求めて、図３（ｄ）の燃料供給量と比較したところ、次のような結果が得られた。
【００３５】
図４（ａ）には、実測した冷却水温度から求めた時間あたりの上昇速度が示されている。また、図４（ｂ）には、その時に内燃機関１に供給した時間あたりの燃料供給量が示されている。図４（ａ）に示した冷却水温度の上昇速度のグラフは、図４（ｂ）に示した燃料供給量のグラフと比べてノイズが多いが、全体として２つのグラフは驚くほど良く一致している。そこで、これら２つのグラフを元に、燃料供給量に対する冷却水温度の上昇速度の相関を調べてみたところ、図４（ｃ）に示す結果が得られた。
【００３６】
冷却水温度の上昇速度に多くのノイズが含まれているため、プロットに大きなばらつきが存在するが、それでも、燃料供給量と、冷却水温度の上昇速度との間には、図中に破線で示すような、はっきりとした比例関係が存在している。そして、この破線で示した直線の傾きが「温度上昇係数」となる。また、このように燃料供給量と、冷却水温度の上昇速度とが比例することが分かってしまえば、どのような内燃機関１についても、簡単に温度上昇係数を求めることができる。すなわち、温度上昇係数を求めようとする内燃機関１を冷態状態で運転して、その時の燃料供給量と冷却水温度とを計測しておけばよい。そして、単位量の燃料供給量に対する冷却水温度の上昇量を算出すれば、温度上昇係数を求めることができる。図２に示した第1実施例の暖機性能評価装置１０は、このようにして求めた温度上昇係数を用いて、暖機過程にある内燃機関１の冷却水温度を予測する。
【００３７】
上述した第1実施例の暖機性能評価装置１０による冷却水温度の予測結果を検証するために、冷態状態で始動した内燃機関１を、図３に示した運転条件とは全く異なる運転条件で運転した時の冷却水温度の上昇過程を、暖機性能評価装置１０によって予測した。図５（ａ）および図５（ｂ）には、検証実験に用いた運転条件が示されている。また、図５（ｃ）には、そのような運転条件で内燃機関１を運転した時に、内燃機関１に供給された時間あたりの燃料供給量を実測結果が示されている。
【００３８】
実測した燃料供給量に温度上昇係数を乗算することによって冷却水温度の温度上昇量を求め、予め設定しておいた冷却水の初期水温に加算することによって冷却水温度の変化を予測したところ、図５（ｄ）中に実線で示す予測結果が得られた。ちなみに、図３に示した実験とは内燃機関１の運転条件は異なるものの、内燃機関１は同じものを使用したので、温度上昇係数は図４で求めた値を使用している。また、冷却水温度が開弁温度に達した後は、暖機性能評価装置１０による評価の対象外なので、冷却水温度が開弁温度に達した時点で計算を打ち切った。
【００３９】
図５（ｄ）には、冷却水温度の実測結果が細い破線で示されているが、太い実線で示す予測結果は、細い破線の実測結果とよく一致している。このことから、第1実施例の暖機性能評価装置１０を用いれば、内燃機関１を冷態状態で始動した時の冷却水温度の上昇過程を十分な精度で予測することが可能と考えられる。
【００４０】
Ｂ．第２実施例  ：
以上に説明した第1実施例の暖機性能評価装置１０を用いれば、内燃機関１に供給する燃料供給スケジュールと、始動時の冷却水温度（初期温度）とを設定することで、始動後の冷却水温度がどのように上昇するかを予測することができる。
【００４１】
しかし、実際の内燃機関１では、冷態状態での燃料供給量は、温態状態（冷却水温度が開弁温度付近に保たれている状態）での燃料供給量を元にして決定されることが通常である。そして、温態状態であれば、内燃機関１を所定の運転条件で運転した時の燃料供給量は、何度でも簡単に実測することができる。従って、温態状態で内燃機関１を始動した時の燃料供給量から、冷態状態で始動した時の冷却水温度の上昇過程を予測できれば便利である。更には、図５を用いて前述したように、内燃機関１の運転条件の変化を設定すれば、その運転条件で内燃機関１を冷態状態から運転した時に、冷却水温度がどのように上昇するかを予測できれば便利である。以下では、このような内燃機関１の暖機性能の評価を可能とする第２実施例の暖機性能評価装置２０について説明する。
【００４２】
図６は、第２実施例の暖機性能評価装置２０の大まかな内部構成を示すブロック図である。図示されるように第２実施例の暖機性能評価装置２０は、第１実施例の暖機性能評価装置１０に対して、燃料供給量出力部２１と、定常燃料供給量記憶部２２と、冷態時燃料供給量出力部２３と、変換係数記憶部２４と、冷態始動時燃料消費量算出部２５とを追加した構成となっている。第２実施例の暖機性能評価装置２０も、前述した第１実施例の暖機性能評価装置１０と同様に、いわゆるマイクロコンピューターによって実現されている。従って、第１実施例の暖機性能評価装置１０に追加された複数の「部」は、ＣＰＵで実行されるコンピュータープログラムとして実現することもできるし、ＬＳＩやメモリーを含む電子回路として実現することもできるし、更にはこれらを組合せることによって実現することもできる。
【００４３】
燃料供給量出力部２１は、内燃機関１の運転条件の変化を示した機関運転スケジュールを受け取ると、機関運転スケジュールに示される運転条件を、内燃機関１に供給するべき時間あたりの燃料供給量に変換する。内燃機関１の運転条件は、機関回転速度および発生トルクを用いて規定することができるから、機関運転スケジュールは、時間の経過と共に機関回転速度および発生トルクをどのように変化させるかを表したデータとなる。図７（ａ）には、時間の経過と共に機関回転速度を変化させる様子が例示されており、図７（ｂ）には、発生トルクを変化させる様子が例示されている。そして、燃料供給量出力部２１は、定常燃料供給量記憶部２２に記憶されている定常燃料供給量マップを参照することによって、機関運転スケジュールに示される運転条件を燃料供給量に変換する。
【００４４】
図８には、定常燃料供給量記憶部２２に記憶された定常燃料供給量マップが例示されている。内燃機関１の運転条件（機関回転速度および発生トルク）が決まれば、その運転条件で内燃機関１を運転するために必要となる時間あたりの燃料供給量を、実験によって予め求めておくことができる。定常燃料供給量マップには、様々な運転条件で内燃機関１を定常運転させるために必要な燃料供給量（定常燃料供給量）が予め設定されている。そこで、燃料供給量出力部２１は、定常燃料供給量マップを参照することによって、機関運転スケジュールに記述された運転条件を、その運転条件に対する燃料供給量に変換することができる。そして、変換した燃料供給量を、冷態時燃料供給量出力部２３に出力する。
【００４５】
冷態時燃料供給量出力部２３は、燃料供給量出力部２１から燃料供給量を受け取ると、その燃料供給量に対して変換係数を乗算することにより、冷態時燃料供給量に変換する。すなわち、燃料供給量出力部２１から出力される燃料供給量は、前述したように、定常燃料供給量マップに設定されている定常燃料供給量であり、この定常燃料供給量は、内燃機関１を定常運転した時の燃料供給量であるから、温態状態での燃料供給量である。これに対して、冷態状態での燃料供給量は、運転条件（機関回転速度および発生トルク）が同じであっても、温態状態での燃料供給量よりも多くなる。冷態時燃料供給量とは、この冷態状態での燃料供給量である。また、変換係数とは、温態状態での燃料供給量を、冷態時燃料供給量に変換するための係数である。
【００４６】
ここで、冷態時燃料供給量が温態時の燃料供給量よりも多くなっているのは、内燃機関１を冷態状態で運転した時に生じる様々な不具合を対策するためである。そして、内燃機関１を制御する制御コンピューターが燃料供給量を算出するプログラムには、それら様々な不具合を対策するための複数の制御ロジックが組み込まれている。温態時の燃料供給量に対する冷態時燃料供給量の増加量は、そのようなプログラムを実行した結果として決定されるものである。このように、冷態時燃料供給量は複雑な制御によって決定されるが、温態状態での燃料供給量と冷態時燃料供給量との比率（変換係数）に着目すれば、制御の詳細な内容を考慮せずとも、温態状態での燃料供給量から冷態時燃料供給量を予測可能と考えられる。以下、この点について詳しく説明する。
【００４７】
図９（ａ）には、冷態状態で始動した内燃機関１が温態状態に達するまでの燃料供給量を実測した結果が示されており、図９（ｂ）には、その時の冷却水温度を実測した結果が示されている。更に、図９（ｃ）には、温態状態で同じように内燃機関１を運転した時の燃料供給量の実測結果が示されている。図９（ａ）に示した冷態時燃料供給量は、図９（ｃ）の温態時の燃料供給量に比べて増量されているが、この増量は冷却水温度が低いことに起因するものと思われる。そこで、温態状態での燃料供給量に対する冷態時燃料供給量の比率（変換係数）を算出して、冷却水温度で整理したところ、図１０に示す結果が得られた。
【００４８】
図１０に示されるように、室温付近の冷却水温度では変換係数は１．４程度の値となるが、冷却水温度が上昇するに従って変換係数は小さくなり、冷却水温度が開弁温度（例えば８５℃）付近での変換係数は１．０程度の値となる。そして、このような変換係数の変化は、冷却水温度が上昇するに従って内燃機関１の制御内容が切り換わっていく様子を反映したものと考えられる。すなわち、暖機性能を評価しようとする内燃機関１についての変換係数を求めておけば、その内燃機関１でどのような制御が行われているかが分からなくても、温態状態での燃料供給量から冷態時燃料供給量を算出することが可能となる。
【００４９】
図６に示した第２実施例の暖機性能評価装置２０では、暖機性能を評価しようとする内燃機関１についての変換係数が、変換係数記憶部２４に予め記憶されている。そして、冷態時燃料供給量出力部２３は、燃料供給量出力部２１から燃料供給量を受け取ると、冷却水温度に対応する変換係数を変換係数記憶部２４から読み出した後、燃料供給量に乗算することによって冷態時燃料供給量を算出する。始動直後の冷却水温度は、初期水温を使用すればよい。
【００５０】
また、こうして冷態時燃料供給量が求められたら、前述した第１実施例の暖機性能評価装置１０に、その冷態時燃料供給量を入力する。すると、その冷態時燃料供給量で内燃機関１が運転されたことによる新たな冷却水温度が予測できるので、予測した冷却水温に基づいて、変換係数を更新していく。このようにすれば、冷態状態で始動した内燃機関１を予め設定しておいた機関運転スケジュールに従って運転した時の冷却水温度の温度変化を、シミュレーション計算することができる。
【００５１】
また、第２実施例の暖機性能評価装置２０の冷態始動時燃料消費量算出部２５は、冷態時燃料供給量出力部２３から受け取った冷態時燃料供給量を累積することによって、冷態始動時燃料消費量を算出する。このため、冷態状態で始動した内燃機関１を予め設定しておいた機関運転スケジュールに従って運転した時に、内燃機関１が温態状態に達するまでに消費する燃料量（冷態始動時燃料消費量）をシミュレーション計算によって予測することも可能となる。
【００５２】
次に、上述した第２実施例の暖機性能評価装置２０を用いた冷態始動時燃料消費量の予測精度を検証した。図１１には、様々な車両重量に搭載された様々な排気量の内燃機関１を想定して、冷態始動時燃料消費量を予測した結果が示されている。尚、想定した車両重量の違いによって冷態始動時燃料消費量の大きさが変わってしまうので、単純に冷態始動時燃料消費量を比較するのではなく、温態状態での燃料消費量に対する比率で整理して比較してある。図中の黒丸は実測結果を示しており、白丸は暖機性能評価装置２０を用いた予測結果を示している。図から明らかなように、第２実施例の暖機性能評価装置２０を用いれば、実際に内燃機関１を用いた実験をしなくても、冷態始動時燃料消費量をかなりの程度まで予測することが可能となる。
【００５３】
また、暖機性能の予測精度を向上させるためには、次のような方法が有効と考えられる。例えば、上述した第１実施例の暖機性能評価装置１０においても、第２実施例の暖機性能評価装置２０においても、内燃機関１の機関本体２が放熱して冷却水温度が冷やされる影響は全く考慮していない。この影響は、冷却水温度が初期水温から上昇するに従って、次第に大きくなるものと考えられる。そこで、図１２に示すように、冷却水温度の初期水温に対する温度差に応じて、冷却水の放熱量を予め設定しておく。このような温度差に対する放熱量は、実験によって予め求めておくことができる。そして、前述した温度上昇量算出部１１が冷却水温度の温度上昇量を算出する際に、その時の冷却水温度と初期水温の温度差に対応する放熱量だけ温度上昇量を小さく算出する。こうすれば、暖機過程における冷却水温度の上昇過程を、より精度良く予測することが可能となる。
【００５４】
あるいは、上述した第２実施例の暖機性能評価装置２０においては、単位量の燃料供給量に対する冷却水温度の上昇量を示す温度上昇係数は、内燃機関１の運転条件によらず一定であるものとした。しかし、内燃機関１の運転条件に応じて、適切な温度上昇係数は少しずつ異なることが経験上、分かっている。
【００５５】
図１３には、内燃機関１の運転条件に応じて設定された適切な温度上昇係数が概念的に示されている。図示されるように、適切な温度上昇係数は、内燃機関１の発生トルクに大きく依存しており、発生トルクが大きくなるほど、適切な温度上昇係数は小さくなる傾向にある。また、機関回転速度の下限値付近では、適切な温度上昇係数が大きくなる傾向があり、更に、機関回転速度の上限値付近では、適切な温度上昇係数が若干小さくなる傾向がある。従って、内燃機関１の運転条件に対する適切な温度上昇係数を実験によって求めておき、内燃機関１の運転条件に応じて適切な温度上昇係数を用いて温度上昇量を求めてやれば、暖機過程における冷却水温度の上昇過程をより精度良く予測することが可能となる。
【００５６】
Ｃ．第３実施例  ：
上述した第２実施例の暖機性能評価装置２０では、内燃機関１が機関運転スケジュールに従って運転されることを前提として、内燃機関１が冷態状態で始動されたときの暖機性能を、実際に内燃機関１を運転することなく計算によって評価することができる。しかし、内燃機関１が搭載された車両の性能（例えば燃費や排気ガス排出量など）は、内燃機関１を一定の機関運転スケジュールで運転したときの性能ではなく、「走行モード」と呼ばれる一定の走行パターンで車両を走行させることによって評価されることが多い。また、トラックやバスなどのような重量車両では、実際に車両を走行させるのではなく、車両が走行モードに従って走行したときの燃費（モード燃費）を計算によって求めることも行われている。従って、この技術、すなわち計算によってモード燃費を求める技術に、上述した第２実施例の暖機性能評価装置２０を組み込めば、冷態始動時のモード燃費を計算で求めることも可能となる。以下では、このような第３実施例の暖機性能評価装置３０について説明する。
【００５７】
図１４には、第３実施例の暖機性能評価装置３０の内部構成が示されている。図示されるように第３実施例の暖機性能評価装置３０は、第２実施例の暖機性能評価装置２０に加えて、機関運転スケジュール生成部３１と、車両情報記憶部３２とを備えている。ここで、車両情報記憶部３２は、車両の転がり抵抗係数や、空車時車両重量、最大積載量、乗員定数、車体の空気抵抗係数、前面投影面積などの情報を、車両情報として記憶している。車両に搭載された変速機の変速段毎の変速比や、ディフェレンシャルギアの最終減速比、タイヤ半径などの情報も、車両情報として車両情報記憶部３２に記憶されている。更には、内燃機関１の運転可能な機関回転速度に関する情報や、様々な機関回転速度での最大発生トルクに関する情報なども、車両情報として車両情報記憶部３２に記憶されている。
【００５８】
また、機関運転スケジュール生成部３１は、車両の走行モードを受け取ると、車両情報記憶部３２に記憶されているこれらの車両情報を用いて、機関運転スケジュールを生成する。ここで走行モードには、時間の経過と共に車速が変化する様子が記述されている。走行モードから機関運転スケジュールへの変換は、既に実用化されている技術なので詳細な説明は省略するが、大まかには次のようにして変換する。
【００５９】
先ず、内燃機関１の様々な機関回転速度での最大発生トルクや、変速機などの変速比、走行抵抗、車重に関する情報などが分かれば、走行モードに従って車両を走行させた時に使用する標準的な変速段や、変速段の変更タイミングを決定することができる。そして、変速段の変更タイミングおよび変速段が決まれば、走行モードに示された車速を機関回転速度に変換することができる。また、走行モードに示される車速の時間変化（加速度）は、タイヤが路面に伝えるべき駆動力に対応する。そして、変速機の変更タイミングおよび変速段が決まれば、タイヤがその駆動力を伝えるために内燃機関１が発生させなければならない発生トルクも決定することができる。このため、走行モードを、内燃機関１が発生するべき発生トルクの変化を示すデータに変換することもできる。機関運転スケジュール生成部３１は、以上のようにして、走行モードを、機関回転速度および発生トルクの変化を示すデータ（機関運転スケジュール）に変換する。
【００６０】
こうして得られた機関運転スケジュールを、前述した第２実施例の暖機性能評価装置２０に入力する。こうすれば、設定した初期水温の冷態状態から車両を走行させた時に、内燃機関１の冷却水温度が上昇していく様子や、温態状態になるまでの燃料消費量（すなわち冷態始動時燃料消費量）などを、計算によって求めることも可能となる。
【００６１】
以上、本発明について各種の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲を逸脱しない限り、各請求項の記載文言に限定されず、当業者がそれらから容易に置き換えられる範囲にも及び、かつ、当業者が通常有する知識に基づく改良を適宜付加することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、冷態状態で始動された内燃機関の暖機過程における性能（暖機性能）を簡単に評価することができる。その結果、例えば、内燃機関の暖機時間を短縮したり、暖機に要する燃料消費量を低減したりするための各種技術の開発や改良、評価などに好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１…内燃機関、    ２…機関本体、    ３…循環ポンプ、    ４…循環経路、
５…切換弁、      ６…放熱器、      １０…暖機性能評価装置、
１１…温度上昇量算出部、            １２…温度上昇係数記憶部、
１３…冷却水温度算出部、            １４…初期水温取得部、
２０…暖機性能評価装置、            ２１…燃料供給量出力部、
２２…定常燃料供給量記憶部、        ２３…冷態時燃料供給量出力部、
２４…変換係数記憶部、              ２５…冷態始動時燃料消費量算出部、
３０…暖機性能評価装置、            ３１…機関運転スケジュール生成部、
３２…車両情報記憶部。
【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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【図１４】
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