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JP2002038992A - 内燃機関 - Google Patents

内燃機関

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Publication number
JP2002038992A
JP2002038992A JP2000225923A JP2000225923A JP2002038992A JP 2002038992 A JP2002038992 A JP 2002038992A JP 2000225923 A JP2000225923 A JP 2000225923A JP 2000225923 A JP2000225923 A JP 2000225923A JP 2002038992 A JP2002038992 A JP 2002038992A
Authority
JP
Japan
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internal combustion
combustion engine
engine
cooling water
preheating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000225923A
Other languages
English (en)
Inventor
Makoto Suzuki
鈴木　　誠
Katsuhiko Arisawa
克彦 蟻澤
Masakazu Tabata
正和 田畑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2000225923A priority Critical patent/JP2002038992A/ja
Priority to US09/905,939 priority patent/US6647961B2/en
Priority to EP01118028A priority patent/EP1176299B1/en
Priority to DE60136136T priority patent/DE60136136D1/de
Publication of JP2002038992A publication Critical patent/JP2002038992A/ja
Priority to US10/655,300 priority patent/US6843216B2/en
Pending legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N19/00—Starting aids for combustion engines, not otherwise provided for
    • F02N19/02—Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks
    • F02N19/04—Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks by heating of fluids used in engines
    • F02N19/10—Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks by heating of fluids used in engines by heating of engine coolants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/14—Indicating devices; Other safety devices
    • F01P11/20—Indicating devices; Other safety devices concerning atmospheric freezing conditions, e.g. automatically draining or heating during frosty weather
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
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    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
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    • F02P5/1506—Digital data processing using one central computing unit with particular means during starting
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、内燃機関の始動前又は始動時に該
内燃機関が予熱された場合の機関空燃比およびまたは点
火時期を最適に制御し、以て排気エミッションの悪化を
防止するとともに排気浄化触媒の早期活性を図ることを
課題とする。 【解決手段】 内燃機関の始動時又は始動前に該内燃機
関を予熱する機関予熱手段を備えた内燃機関であり、内
燃機関の予熱が行われた場合は、前記内燃機関の予熱が
行われなかった場合に比して、内燃機関の機関空燃比を
高くする空燃比制御手段、およびまたは、内燃機関の予
熱が行われた場合は、内燃機関の予熱が行われなかった
場合に比して、内燃機関の点火時期を遅角させる点火時
期制御手段を備えることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両等に搭載され
る内燃機関に関し、特に始動時又は始動前に予熱される
内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、自動車等に搭載される内燃機関で
は、冷間始動時における始動性の向上、燃料消費量の低
減、排気エミッションの向上等が要求されている。
【０００３】このような要求に対し、従来では、特開平
６−１８５３５９号公報に記載されたようなエンジンの
蓄熱装置が提案されている。この公報に記載されたエン
ジンの蓄熱装置は、シリンダブロックを経由する第１冷
却水通路とシリンダヘッドを経由する第２冷却水通路を
備えた水冷式の内燃機関において、第２冷却水通路に蓄
熱器を設け、内燃機関の冷間時に蓄熱器によって加熱さ
れた冷却水を第２冷却水通路に循環させることにより、
シリンダヘッドを優先的に暖機し、以て吸気系統や燃料
供給系統の暖機を早期に完了させようとするものであ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、内燃機関が
冷間始動されるときは、吸気ポートや燃焼室等の壁面温
度が低く、吸気ポート壁面や燃焼室の壁面等に燃料が付
着しやすいため、冷間時の機関空燃比は、壁面付着燃料
量を見越して低くされることが知られている。
【０００５】これに対し、上記したような従来のエンジ
ンの蓄熱装置では、蓄熱容器に貯蔵された高温の冷却水
を利用して吸気系統や燃料供給系統の暖機が図られた場
合の機関空燃比について考慮されていないため、吸気ポ
ートや燃焼室等の壁面温度が高められているにも関わら
ず、機関空燃比が低くされる可能性がある。
【０００６】吸気ポートや燃焼室等の壁面温度が高いと
きに、機関空燃比が低くされると、燃料過濃状態の混合
気が形成されるため、比較的多量の未燃燃料成分が内燃
機関から排出され、排気エミッションが悪化する場合が
ある。
【０００７】また、ガソリン機関のように点火栓を備え
た内燃機関では、内燃機関が冷間始動されたときのよう
に排気浄化触媒が未活性状態にあるときは、排気温度を
高めて排気浄化触媒の早期活性を図るべく点火時期を遅
角させることが知られているが、冷間時は混合気の燃焼
が不安定となり易いため、点火時期の遅角量に制限が加
えられていた。
【０００８】これに対し、上記したような従来のエンジ
ンの蓄熱装置では、蓄熱容器に貯蔵された高温の冷却水
を利用して吸気系統や燃料供給系統の暖機が図られた場
合の点火時期について考慮されていないため、吸気系統
や燃料供給系統の暖機によって混合気の着火性や燃焼安
定性が図られているにも関わらず、点火時期の遅角量が
制限される可能性がある。
【０００９】吸気系統や燃料供給系統の暖機によって混
合気の着火性や燃焼安定性が補償されているときに、点
火時期の遅角量が制限されると、排気温度を所望の温度
まで高めることができず、排気浄化触媒の活性に時間が
かかる場合がある。
【００１０】本発明は、上記したような種々の事情に鑑
みてなされたものであり、内燃機関が始動前又は始動時
に予熱された場合の機関空燃比およびまたは点火時期を
最適に制御することができる技術を提供することによ
り、排気エミッションの悪化を防止するとともに排気浄
化触媒の早期活性を図ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記した課題
を解決するために以下のような手段を採用した。
【００１２】すなわち、本発明に係る内燃機関は、内燃
機関の始動時又は始動前に該内燃機関を予熱する機関予
熱手段と、前記内燃機関の予熱が行われた場合は、前記
内燃機関の予熱が行われなかった場合に比して、機関空
燃比を高くする空燃比制御手段と、を備えることを特徴
としている。
【００１３】このように構成された内燃機関では、内燃
機関の始動時又は始動前に該内燃機関の予熱が行われた
場合は、予熱が行われなかった場合に比して、機関空燃
比が高くされることになる。
【００１４】内燃機関の始動時又は始動前に該内燃機関
が予熱されない場合は、内燃機関の吸気通路や燃焼室な
どの壁面温度が低く、燃料が気化し難いため、吸気通路
や燃焼室等の壁面に付着する燃料量（壁面付着燃料量）
が増加するが、内燃機関の始動時又は始動前に該内燃機
関が予熱された場合は、吸気通路や燃焼室等の壁面温度
が高められて燃料が気化し易くなるため、壁面付着燃料
量が減少することになる。
【００１５】内燃機関が予熱されなかった場合は、壁面
付着燃料量の増加に対応して燃料噴射量を増量補正し、
機関空燃比を低くする必要があるが、内燃機関が予熱さ
れた場合は、壁面付着燃料量が減少するため、燃料噴射
量を増量補正して機関空燃比を低くする必要がなくな
る。
【００１６】従って、内燃機関の始動時又は始動前に該
内燃機関の予熱が行われた場合は、予熱が行われなかっ
た場合に比して、機関空燃比を高くすることにより、機
関空燃比が燃料過濃状態となることがなく、その結果、
内燃機関から過剰な未燃燃料成分が排出されることがな
くなる。
【００１７】尚、空燃比制御手段は、機関予熱手段によ
る予熱完了時の内燃機関の温度に応じて機関空燃比を変
更するようにしてもよい。これは、壁面付着燃料量は、
内燃機関の温度と相関が強く、内燃機関の温度が高くな
るほど、壁面付着燃焼量が減少するという知見に基づく
ものである。
【００１８】前記した内燃機関の温度としては、吸気通
路の壁面温度や燃焼室の壁面温度等を例示することがで
きる。
【００１９】次に、本発明に係る内燃機関は、内燃機関
の始動時又は始動前に該内燃機関を予熱する機関予熱手
段と、前記内燃機関の予熱が行われた場合は、前記内燃
機関の予熱が行われなかった場合に比して、前記内燃機
関の点火時期を遅角させる点火時期制御手段と、を備え
ることを特徴とするようにしてもよい。
【００２０】このように構成された内燃機関では、内燃
機関の始動時又は始動前に該内燃機関の予熱が行われた
場合は、予熱が行われなかった場合に比して、点火時期
が遅角されることになる。
【００２１】内燃機関の冷間時に点火時期が遅角される
と、着火性の低下等により燃焼が不安定となりやすい
が、内燃機関の予熱が行われた場合は、吸気温度及び圧
縮端温度が上昇し、それに応じて燃料の気化が促進され
るとともに混合気の温度が上昇するため、点火時期が遅
角されても混合気の着火性や燃焼安定性が悪化し難い。
【００２２】更に、内燃機関の点火時期が遅角される
と、それに応じて混合気の燃焼時期も遅くなるため、燃
焼直後の比較的高温の既燃ガスが排気として内燃機関か
ら排出されることになる。内燃機関から高温の排気が排
出されると、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化
触媒が排気の熱を受けて昇温し、その結果、排気浄化触
媒が早期に活性することになる。
【００２３】尚、点火時期制御手段は、予熱完了時の内
燃機関の温度に応じて点火時期の遅角量を変更するよう
にしてもよい。これは、混合気の着火性や燃焼安定性
は、内燃機関の温度と相関が強く、内燃機関の温度が高
くなる程、混合気の着火性や燃焼安定性が向上するとい
う知見に基づくものである。
【００２４】次に、本発明に係る内燃機関は、内燃機関
の始動時又は始動前に該内燃機関を予熱する機関予熱手
段と、前記内燃機関の予熱が行われた場合は、前記内燃
機関の予熱が行われなかった場合に比して、前記内燃機
関の機関空燃比を高くする空燃比制御手段と、前記内燃
機関の予熱が行われた場合は、前記内燃機関の予熱が行
われなかった場合に比して、前記内燃機関の点火時期を
遅角させる点火時期制御手段と、を備えることを特徴と
するようにしてもよい。
【００２５】この場合、内燃機関の始動時又は始動前に
該内燃機関の予熱が行われると、予熱が行われなかった
場合に比して、機関空燃比を高められるとともに点火時
期が遅角されるため、機関空燃比が燃料過濃状態となる
ことがなく、且つ、内燃機関の燃焼安定性を損なうこと
なく排気温度が高められ、その結果、内燃機関から過剰
な未燃燃料成分が排出されなくなる上、排気浄化触媒が
早期に活性する。
【００２６】尚、空燃比制御手段及び点火時期制御手段
は、予熱完了時の内燃機関の温度に応じて機関空燃比及
び点火時期の遅角量を変更するようにしてもよい。
【００２７】また、本発明に係る内燃機関は、該内燃機
関の予熱が行われた場合は、予熱が行われなかった場合
に比して、吸入空気量を増加させる吸入空気量制御手段
を更に備えるようにしてもよい。
【００２８】この場合、吸入空気量の増加によって内燃
機関の燃焼エネルギが増大するため、機関空燃比が高く
され、およびまたは点火時期の遅角量が増加した場合で
あっても、機関回転数の不要な低下が抑制されることに
なる。
【００２９】また、本発明に係る機関予熱手段は、例え
ば、内燃機関に形成され熱媒体を流通させる熱媒体流通
路と、熱媒体が持つ熱を蓄熱する蓄熱装置と、内燃機関
の始動時又は始動前に蓄熱装置内の熱媒体を熱媒体流通
路へ供給する熱媒体供給手段と、を備えるようにしても
よい。尚、熱媒体としては、機関冷却水や潤滑油等を例
示することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の具
体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００３１】＜実施の形態１＞先ず、本発明に係る内燃
機関の第１の実施態様について図１〜図５に基づいて説
明する。
【００３２】図１は、本実施の形態に係る内燃機関の概
略構成を示す図である。
【００３３】図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２０
を有する４サイクルの水冷式ガソリンエンジンである。
【００３４】前記内燃機関１には、各気筒２０の燃焼室
に臨むよう点火栓２１が取り付けられている。各点火栓
２１には、該点火栓２１へ駆動電力を供給するイグナイ
タ２１ａが電気的に接続されている。
【００３５】前記内燃機関１には、駆動電力が印加され
たときに該内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフ
ト）を回転駆動するスターターモータ３７と、前記クラ
ンクシャフトが所定角度（例えば、１０°）回転する度
にパルス信号を出力するクランクポジションセンサ３８
とが取り付けられている。
【００３６】続いて、前記内燃機関１には、その噴孔が
各気筒２０の図示しない吸気ポートに臨むよう燃料噴射
弁２２が取り付けられており、各燃料噴射弁２２には、
該燃料噴射弁２２に駆動電力を供給する駆動回路２２ａ
が電気的に接続されている。
【００３７】前記した各燃料噴射弁２２は、燃料配管２
３を介してフューエルデリバリーパイプ２４と連通して
おり、フューエルデリバリーパイプ２４は、図示しない
燃料ポンプと連通している。
【００３８】このように構成された燃料噴射系では、燃
料ポンプから吐出された燃料がフューエルデリバリーパ
イプ２４へ供給され、フューエルデリバリーパイプ２４
から燃料配管２３を介して各気筒２０の燃料噴射弁２２
へ分配される。そして、駆動回路２２ａから燃料噴射弁
２２へ駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁
し、その結果、燃料噴射弁２２から吸気ポートへ燃料が
噴射されることになる。
【００３９】また、内燃機関１には、吸気枝管２５が接
続され、吸気枝管２５の各枝管は、図示しない吸気ポー
トを介して各気筒２０の燃焼室と連通している。
【００４０】前記吸気枝管２５は、サージタンク２６に
接続され、サージタンク２６は、吸気管２７を介してエ
アクリーナボックス２８に接続されている。
【００４１】前記吸気管２７には、該吸気管２７内を流
れる吸気の流量を調整する吸気絞り弁（スロットル弁）
３０が設けられている。このスロットル弁３０には、ス
テッパモータ等で構成され印加電力の大きさに応じて吸
気絞り弁３０を開閉駆動するスロットル用アクチュエー
タ３０ａと、スロットル弁３０の開度に対応した電気信
号を出力するスロットルポジションセンサ３１とが取り
付けられている。
【００４２】前記吸気管２７において前記スロットル弁
３０より上流の部位には、吸気管２７内を流れる吸気の
質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ２
９が取り付けられている。
【００４３】このように構成された吸気系では、エアク
リーナボックス２８に流入した吸気は、該エアクリーナ
ボックス２８内の図示しないエアクリーナによって吸気
中の塵や埃等が除去された後、吸気管２７へ流入する。
【００４４】吸気管２７に流入した吸気は、スロットル
弁３０によって流量を調節された後にサージタンク２６
へ流入し、サージタンク２６から吸気枝管２５の各枝管
へ分配される。
【００４５】吸気枝管２５の各枝管に分配された吸気
は、内燃機関１の吸気ポートへ導かれ、燃料噴射弁２２
から噴射された燃料と混ざり合いながら燃焼室へ流入す
る。燃焼室へ流入した混合気は、点火栓２１によって着
火されて燃焼される。
【００４６】また、内燃機関１には、排気枝管３２が接
続され、排気枝管３２の各枝管が図示しない排気ポート
を介して各気筒２０の燃焼室と連通している。前記排気
枝管３２は、排気浄化触媒３３と接続され、排気浄化触
媒３３は、排気管３４と接続されている。前記排気管３
４は、下流にて図示しないマフラーと接続されている。
【００４７】前記排気浄化触媒３３は、該排気浄化触媒
３３の触媒床温が所定温度以上のときに活性して、排気
中の有害ガス成分、例えば、炭化水素（ＨＣ）、一酸化
炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯx）等を浄化する触媒
である。
【００４８】このような排気浄化触媒３３としては、三
元触媒、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒、
酸化触媒、又は、それらの触媒を適宜組み合わせてなる
触媒を例示することができる。
【００４９】前記排気枝管３２において前記排気浄化触
媒３３の直上流の部位には、該排気枝管３２内を流れる
排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比セン
サ３５が取り付けられている。
【００５０】前記排気管３４には、該排気管３４内を流
れる排気の流量を調整する排気絞り弁３６が設けられて
いる。この排気絞り弁３６には、印加電力の大きさに応
じて該排気絞り弁３６を開閉駆動する排気絞り用アクチ
ュエータ３６ａが取り付けられている。
【００５１】このように構成された排気系では、内燃機
関１の各気筒２０で燃焼された混合気（既燃ガス）は、
排気ポートを経て排気枝管３２へ排出され、次いで排気
枝管３２から排気浄化触媒３３へ流入する。
【００５２】排気浄化触媒３３に流入した排気は、排気
中の有害ガス成分を除去又は浄化された後に、排気浄化
触媒３３から排気管３４へ排出され、必要に応じて排気
絞り弁３６によって流量を調節された後にマフラーを介
して大気中に放出される。
【００５３】次に、内燃機関１は、２本の冷却水通路
４、８を介して冷却水循環機構２００と接続されてい
る。ここで、冷却水循環機構２００の構成について図２
に基づいて説明する。
【００５４】図２は、内燃機関１の内部に形成された冷
却水循環経路と冷却水循環機構２００の概略構成を示す
図である。
【００５５】内燃機関１のシリンダヘッド１ａとシリン
ダブロック１ｂとには、冷却水を流通させるためのヘッ
ド側冷却水路２ａとブロック側冷却水路２ｂとがそれぞ
れ形成され、それらヘッド側冷却水路２ａとブロック側
冷却水路２ｂとが相互に連通している。
【００５６】前記ヘッド側冷却水路２ａには、冷却水通
路４が接続され、その冷却水通路４は、ラジエター５の
冷却水流入口に接続されている。続いて、ラジエター５
の冷却水流出口は、冷却水路６を介してサーモスタット
バルブ７に接続されている。
【００５７】前記サーモスタットバルブ７には、前記冷
却水路６に加えて、冷却水通路８とバイパス通路９とが
接続されている。前記冷却水通路８は、クランクシャフ
トの回転トルクを駆動源とする機械式ウォーターポンプ
１０の吸込口に接続され、その機械式ウォーターポンプ
１０の吐出口は、前記ブロック側冷却水路２ｂに接続さ
れている。一方、前記バイパス通路９は、ヘッド側冷却
水路２ａに接続されている。
【００５８】前記したサーモスタットバルブ７は、冷却
水の温度に応じて、冷却水路６とバイパス通路９との何
れか一方を遮断する流路切換バルブである。具体的に
は、サーモスタットバルブ７は、該サーモスタットバル
ブ７を流れる冷却水の温度が所定の開弁温度：Ｔ1以下
であるときは、冷却水路６を遮断すると同時に冷却水路
９を開放して、冷却水通路８と冷却水路９とを導通させ
る。一方、前記サーモスタットバルブ７は、該サーモス
タットバルブ７を流れる冷却水の温度が前記開弁温度：
Ｔ1より高いときは、冷却水路６を開放すると同時に冷
却水路９を遮断して、冷却水通路８と冷却水路６とを導
通させる。
【００５９】次に、前記冷却水通路４の途中には、ヒー
タホース１１が接続され、そのヒータホース１１は、前
記したサーモスタットバルブ７と機械式ウォーターポン
プ１０との間の冷却水通路８に接続されている。
【００６０】前記ヒータホース１１の途中には、冷却水
と車室内暖房用空気との間で熱交換を行うヒータコア１
２が配置されている。このヒータコア１２と冷却水通路
４との間に位置するヒータホース１１の途中には、内燃
機関１で発生する熱以外を熱源として冷却水を加熱する
冷却水加熱機構１９が設けられている。前記冷却水加熱
機構１９としては、燃焼式ヒータや電気ヒータ等を例示
することができる。
【００６１】前記ヒータコア１２と前記冷却水通路８と
の間に位置するヒータホース１１の途中には、第１バイ
パス通路１３ａが接続されている。この第１バイパス通
路１３ａは、電動ウォーターポンプ１４の冷却水吸込口
に接続されている。
【００６２】前記電動ウォーターポンプ１４は、電動モ
ータによって駆動されるウォーターポンプであり、前記
した冷却水吸込口から吸い込んだ冷却水を冷却水吐出口
から所定の圧力で吐出するよう構成されている。
【００６３】前記電動ウォーターポンプ１４の冷却水吐
出口は、第２バイパス通路１３ｂを介して蓄熱容器１５
の冷却水入口に接続されている。蓄熱容器１５は、冷却
水が持つ熱を蓄熱しつつ冷却水を貯蔵する容器であり、
前記冷却水入口から新規の冷却水が流入すると、その代
わりに該蓄熱容器１５内に貯蔵されていた高温の冷却水
を冷却水出口から排出するよう構成されている。この蓄
熱容器１５は、本発明に係る蓄熱装置の一実施態様であ
る。
【００６４】尚、前記蓄熱容器１５の冷却水入口と冷却
水出口との各々には、冷却水の逆流を防止するワンウェ
イバルブ１５ａ、１５ｂが取り付けられている。
【００６５】前記蓄熱容器１５の冷却水出口には、第３
バイパス通路１３ｃが接続されており、この第３バイパ
ス通路１３ｃは、冷却水加熱機構１９と冷却水通路４と
の間に位置するヒータホース１１に接続されている。
【００６６】尚、冷却水加熱機構１９と冷却水通路４と
の間に位置するヒータホース１１において、第３バイパ
ス通路１３ｃとの接続部位より冷却水通路４側の部位を
第１ヒータホース１１ａと称するとともに、冷却水加熱
機構１９側の部位を第２ヒータホース１１ｂと称するも
のとする。冷却水加熱機構１９とヒータコア１２との間
に位置するヒータホース１１を第３ヒータホース１１ｃ
と称するものとする。更に、ヒータコア１２と冷却水通
路８との間に位置するヒータホース１１において、第１
バイパス通路１３ａとの接続部位よりヒータコア１２側
の部位を第４ヒータホース１１ｄと称するとともに、冷
却水通路８側の部位を第５ヒータホース１１ｅと称する
ものとする。
【００６７】前記した第４ヒータホース１１ｄと第５ヒ
ータホース１１ｅと第１バイパス通路１３ａとの接続部
には、流路切換弁１６が設けられている。この流路切換
弁１６は、前記した３つの通路の全ての導通と、前記３
つの通路の何れか１つの遮断とを選択に切り換えるバル
ブである。流路切換弁１６は、例えば、ステップモータ
等からなるアクチュエータによって駆動されるようにな
っている。
【００６８】また、前記冷却水通路４における内燃機関
１の近傍の部位には、該冷却水通路４を流れる冷却水の
温度に対応した電気信号を出力する第１水温センサ１７
が取り付けられている。
【００６９】前記第５ヒータホース１１ｅにおける冷却
水通路８との接続部位の近傍には、該第５ヒータホース
１１ｅ内を流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出
力する第２水温センサ１８が取り付けられている。
【００７０】上記したように構成された内燃機関１及び
冷却水循環機構２００には、これら内燃機関１と冷却水
循環機構２００とを制御するための電子制御ユニット
（Electronic Control Unit：ECU）３９が併設されてい
る。
【００７１】ＥＣＵ３９には、第１水温センサ１７、第
２水温センサ１８、エアフローメータ２９、スロットル
ポジションセンサ３１、空燃比センサ３５、クランクポ
ジションセンサ３８に加え、図示しないアクセルペダル
の操作量（アクセル開度）に対応した電気信号を出力す
るアクセルポジションセンサ４０が電気配線を介して接
続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ３９に
入力されるようになっている。
【００７２】また、ＥＣＵ３９には、電動ウォーターポ
ンプ１４、流路切換弁１６、冷却水加熱機構１９、イグ
ナイタ２１ａ、駆動回路２２ａ、スロットル用アクチュ
エータ３０ａ、排気絞り用アクチュエータ３６ａ、及び
スターターモータ３７が電気配線を介して接続され、Ｅ
ＣＵ３９が上記した各種センサの出力信号値をパラメー
タとして、電動ウォーターポンプ１４、流路切換弁１
６、冷却水加熱機構１９、イグナイタ２１ａ、駆動回路
２２ａ、スロットル用アクチュエータ３０ａ、排気絞り
用アクチュエータ３６ａ、及びスターターモータ３７を
制御することが可能となっている。
【００７３】ここで、ＥＣＵ３９は、図３に示すよう
に、双方向性バス３５０によって相互に接続されたＣＰ
Ｕ３９１とＲＯＭ３９２とＲＡＭ３９３とバックアップ
ＲＡＭ３９４と入力ポート３９６と出力ポート３９７と
を備えるとともに、前記入力ポート３９６に接続された
Ａ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３９５を備えている。
【００７４】前記入力ポート３９６は、クランクポジシ
ョンセンサ３８のようにデジタル信号形式の信号を出力
するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣ
ＰＵ３９１あるいはＲＡＭ３９３へ送信する。
【００７５】前記入力ポート３９６は、第１水温センサ
１７、第２水温センサ１８、エアフローメータ２９、ス
ロットルポジションセンサ３１、空燃比センサ３５、ア
クセルポジションセンサ４０のようにアナログ信号形式
の信号を出力するセンサの出力信号をＡ／Ｄ３９５を介
して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３９１やＲＡＭ
３９３へ送信する。
【００７６】前記出力ポート３９７は、前記ＣＰＵ３９
１から出力される制御信号を、電動ウォーターポンプ１
４、流路切換弁１６、冷却水加熱機構１９、イグナイタ
２１ａ、駆動回路２２ａ、スロットル用アクチュエータ
３０ａ、排気絞り用アクチュエータ３６ａ、或いはスタ
ーターモータ３７へ送信する。
【００７７】前記ＲＯＭ３９２は、燃料噴射量を決定す
るための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定
するための燃料噴射時期制御ルーチン、点火時期を決定
するための点火時期制御ルーチン、スロットル弁３０の
開度を制御するためのスロットル制御ルーチン、排気絞
り弁３６の開度を制御するための排気絞り制御ルーチン
等のアプリケーションプログラムに加え、内燃機関１の
予熱と機関空燃比とを統合的に制御するための予熱制御
ルーチンを記憶している。
【００７８】前記ＲＯＭ３９２は、前記したアプリケー
ションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶して
いる。前記した制御マップは、例えば、内燃機関１の運
転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マッ
プ、内燃機関１の運転状態と燃料噴射時期との関係を示
す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と点
火時期との関係を示す点火時期制御マップ、内燃機関１
の運転状態とスロットル弁３０の開度との関係を示すス
ロットル開度制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気
絞り弁３６の開度との関係を示す排気絞り開度制御マッ
プ、始動時における内燃機関１の運転状態と機関空燃比
との関係を示す始動時空燃比制御マップ等である。
【００７９】前記ＲＡＭ３９３は、各センサの出力信号
やＣＰＵ３９１の演算結果等を記憶する。前記演算結果
は、例えば、クランクポジションセンサ３８が出力する
パルス信号に基づいて算出される機関回転数等である。
前記ＲＡＭ３９３に記憶される各種のデータは、クラン
クポジションセンサ３８がパルス信号を出力する度に最
新のデータに書き換えられる。
【００８０】前記バックアップＲＡＭ３９４は、内燃機
関１００の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメ
モリである。
【００８１】前記ＣＰＵ３９１は、前記ＲＯＭ３９２に
記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し
て、燃料噴射制御、点火制御、スロットル制御、排気絞
り制御に加え、本発明の要旨となる予熱制御を実行す
る。
【００８２】以下、本発明の要旨となる内燃機関１の予
熱制御について述べる。ここでは、予め蓄熱容器１５に
高温の冷却水が貯蔵されているものとする。
【００８３】予熱制御では、ＣＰＵ３９１は、先ず、内
燃機関１が始動される際、具体的には、車室内に設けら
れた図示しないイグニションスイッチがオフからオンに
切り換えられた際に、スターターモータ３７に対する駆
動電力の印加、及び、内燃機関１の各気筒毎に設けられ
た燃料噴射弁に対する駆動電力の印加を禁止しつつ、第
４ヒータホース１１ｄを遮断し、且つ第５ヒータホース
１１ｅと第１バイパス通路１３ａとを導通させるべく流
路切換弁１６を制御し、更に電動ウォーターポンプ１４
を作動させる。
【００８４】この場合、機械式ウォーターポンプ１０が
作動せずに電動ウォーターポンプ１４のみが作動するた
め、図４に示されるように、電動ウォーターポンプ１４
→第２バイパス通路１３ｂ→蓄熱容器１５→第３バイパ
ス通路１３ｃ→第１ヒータホース１１ａ→冷却水通路４
→ヘッド側冷却水路２ａ→ブロック側冷却水路２ｂ→機
械式ウォーターポンプ１０→冷却水通路８→第５ヒータ
ホース１１ｅ→流量切換弁１６→第１バイパス通路１３
ａ→電動ウォーターポンプ１４の順で冷却水が流れる循
環回路が成立する。
【００８５】尚、上記した循環回路において冷却水通路
４からヘッド側冷却水路２ａに流入した冷却水の一部
は、冷却水路９→サーモスタットバルブ７→冷却水通路
８を介して第５ヒータホース１１ｅへ流れることにな
る。
【００８６】このような循環回路が成立すると、電動ウ
ォーターポンプ１４から吐出された冷却水が第２バイパ
ス通路１３ｂを介して蓄熱容器１５に流入し、それと入
れ代わりに蓄熱容器１５内に貯蔵されていた高温の冷却
水（以下、温水と称する）が該蓄熱容器１５から排出さ
れる。
【００８７】蓄熱容器１５から排出された温水は、第３
バイパス通路１３ｃ、第１ヒータホース１１ａ、及び冷
却水通路４を介して、内燃機関１内のヘッド側冷却水路
２ａへ流入し、ヘッド側冷却水路２ａに流入した一部の
温水がブロック側冷却水路２ｂへ流入するとともに、残
りの温水が冷却水路９へ流入する。
【００８８】ヘッド側冷却水路２ａからブロック側冷却
水路２ｂへ流入した温水は、ブロック側冷却水路２ｂを
流通した後に機械式ウォーターポンプ１０を介して冷却
水通路８へ流入する。一方、ヘッド側冷却水路２ａから
冷却水路９へ流入した温水は、冷却水路９を流通した後
にサーモスタットバルブ７を介して冷却水通路８へ流入
する。
【００８９】このように蓄熱容器１５に貯蔵されていた
温水がヘッド側冷却水路２ａ、ブロック側冷却水路２
ｂ、冷却水路９、及び冷却水通路８（以下、これらを総
称して機関内冷却水路と称する）へ流入すると、それと
入れ代わりに前記機関内冷却水路に滞留していた低温の
冷却水が前記機関内冷却水路から第５ヒータホース１１
ｅへ押し出されることになる。
【００９０】ＣＰＵ３９１は、蓄熱容器１５に貯蔵され
ていた温水が前記機関内冷却水路に充満するとともに、
前記機関内冷却水路に滞留していた低温の冷却水が該機
関内冷却水路から流出した時点で、電動ウォーターポン
プ１４の作動を停止させ、次いでスターターモータ３７
及び燃料噴射弁２２に対する駆動電力の印加を許可して
内燃機関１を始動させる。
【００９１】尚、蓄熱容器１５に貯蔵されていた温水が
前記機関内冷却水路に充満したことを判定する方法とし
ては、（１）電動ウォーターポンプ１４の作動が開始さ
れた時点から蓄熱容器１５内の温水が機関内冷却水路の
全体に行き渡るまでの時間（以下、冷却水到達時間と称
する）を予め実験的に求めておき、電動ウォーターポン
プ１４の作動が開始された時点からの経過時間が前記冷
却水到達時間以上となった時に前記機関内冷却水路に温
水が充満したと判定する方法、（２）前記機関内冷却水
路の下流に位置する第２水温センサ１８の出力信号値が
所定温度以上となった時に機関内冷却水路に温水が充満
したと判定する方法、（３）シリンダヘッド１ａ又はシ
リンダブロック１ｂにそれらの温度に対応した温度セン
サを取り付け、その温度センサの出力信号値が所定温度
以上となった時に前記機関内冷却水路に温水が充満した
と判定する方法、等を例示することができる。
【００９２】機関内冷却水路に温水が充満したことを条
件にスターターモータ３７に対する駆動電力の印加が許
可されると、ＣＰＵ３９１は、スターターモータ３７へ
駆動電力を印加して内燃機関１のクランキングを開始す
る。
【００９３】内燃機関１のクランキングが開始される
と、それに対応して機械式ウォーターポンプ１０が作動
し、機械式ウォーターポンプ１０→ブロック側冷却水路
２ｂ→ヘッド側冷却水路２ａ→冷却水路９→サーモスタ
ットバルブ７→冷却水通路８→機械式ウォーターポンプ
１０の順で冷却水が流れる循環回路、すなわち機関内冷
却水路のみを冷却水が循環する循環回路が成立する。
【００９４】その際、前記した機関内冷却水路には蓄熱
容器１５から供給された温水が充満しているため、温水
のみが前記機関内冷却水路を循環することになり、低温
の冷却水が前記機関内冷却水路に流入することがない。
【００９５】この結果、蓄熱容器１５に貯蔵されていた
温水から内燃機関１へ伝達された熱が低温の冷却水に奪
われることがなく、内燃機関１が速やかに予熱されるこ
とになる。
【００９６】一方、機関内冷却水路に温水が充満したこ
とを条件に燃料噴射弁２２に対する駆動電力の印加が許
可されると、ＣＰＵ３９１は、予熱が行われなかった場
合に比して機関空燃比を高くなるように燃料噴射量又は
吸入空気量を制御することになる。
【００９７】ここで、内燃機関１の冷間時は、吸気ポー
トの壁面や燃焼室の壁面等の温度が低く、吸気温度が低
くなるため、吸気ポートや燃焼室の壁面等に燃料が付着
し易くなる。このように壁面付着燃料量が増加すると、
実質的に燃焼に供される混合気の空燃比が低下し、内燃
機関１の燃焼が不安定となりやすい。従って、通常の燃
料噴射制御では、内燃機関１の冷間時は、壁面付着燃料
量を見越して燃料噴射量が増量補正されている。
【００９８】一方、内燃機関１が予熱された場合は、吸
気ポートや燃焼室の壁面温度が高く、それに応じて吸気
温度が高められるため、燃料が気化し易くなり、その結
果、壁面付着燃料量が減少する。
【００９９】内燃機関１の予熱により壁面付着燃料量が
減少した場合に、内燃機関１の予熱が行われなかった場
合と同様に燃料噴射量が増量補正されると、燃料過剰状
態の混合気が形成されるため、内燃機関１から比較的多
量の未燃燃料成分が排出される可能性がある。
【０１００】そこで、本実施の形態に係る予熱制御で
は、ＣＰＵ３９１は、内燃機関１の予熱が行われた場合
は、予熱が行われない場合に比して、機関空燃比を高く
するようにした。ここでいう機関空燃比とは、燃料噴射
弁２２から噴射される燃料量と１気筒２０当たりの吸入
空気量との比である。
【０１０１】機関空燃比を高くする方法としては、燃料
噴射量を減少させる方法、吸入空気量を増加させる方
法、もしくは燃料噴射量を減少させつつ吸入空気量を増
加させる方法などを例示することができるが、単に燃料
噴射量を減少させて機関空燃比を高めると機関回転数が
不要に低下する可能性があるため、吸入空気量を増加さ
せる方法、又は燃料噴射量を減少させつつ吸入空気量を
増加させる方法が好ましい。
【０１０２】このように内燃機関１の予熱が行われた場
合の機関空燃比が内燃機関１の予熱が行われなかった場
合の機関空燃比より高くされると、燃料過剰状態の混合
気が形成されることがなくなるため、内燃機関１から排
出される未燃燃料成分量を抑制することが可能となる。
この結果、内燃機関１の始動時における排気エミッショ
ンの悪化が防止される。
【０１０３】次に、本実施の形態に係る予熱制御につい
て図５のフローチャートに沿って具体的に説明する。
【０１０４】図５に示すフローチャートは、予熱制御ル
ーチンを示すフローチャートであり、予熱制御ルーチン
は、車室内に配置された図示しないイグニッションスイ
ッチがオフからオンへ切り換えられたことをトリガにし
てＣＰＵ３９１が実行するルーチンである。
【０１０５】予熱制御ルーチンでは、ＣＰＵ３９１は、
先ずＳ５０１において、イグニッションスイッチがオフ
からオンへ切り替えれたか否かを判別する。
【０１０６】前記Ｓ５０１においてイグニッションスイ
ッチがオフからオンへ切り換えられた判定とした場合
は、ＣＰＵ３９１は、Ｓ５０２へ進み、第１水温センサ
１７およびまたは第２水温センサ１８の出力信号値（冷
却水温）：ＴＨＷ１を入力する。
【０１０７】Ｓ５０３では、ＣＰＵ３９１は、前記Ｓ５
０２で入力された冷却水温：ＴＨＷ１が所定温度：ＴＨ
Ｗs未満であるか否か、つまり内燃機関１の予熱が必要
であるか否かを判別する。
【０１０８】前記Ｓ５０３において前記冷却水温：ＴＨ
Ｗ１が所定温度：ＴＨＷs以上であると判定した場合
は、ＣＰＵ３９１は、内燃機関１の予熱が必要ないとみ
なし、本ルーチンの実行を終了する。この場合、ＣＰＵ
３９１は、通常の燃料噴射制御を実行することになる。
【０１０９】一方、前記Ｓ５０３において前記冷却水
温：ＴＨＷ１が所定温度：ＴＨＷs未満であると判定し
た場合は、ＣＰＵ３９１は、Ｓ５０４へ進み、スタータ
ーモータ３７の作動、燃料噴射弁２２の作動、及び点火
栓２１の作動を禁止する。
【０１１０】Ｓ５０５では、ＣＰＵ３９１は、車室内に
配置されている図示しないプレヒートランプをさせ、車
両の運転者に予熱制御の実行を知らせる。
【０１１１】Ｓ５０６では、ＣＰＵ３９１は、第４ヒー
タホース１１ｄを遮断し、且つ第５ヒータホース１１ｅ
と第１バイパス通路１３ａを導通させるべく流路切換弁
１６を制御するとともに、電動ウォーターポンプ１４に
駆動電力を印加することにより、蓄熱容器１５と機関内
冷却水路とを経由する循環回路を成立させ、蓄熱容器１
５に貯蔵されていた温水を機関内冷却水路へ供給させ
る。
【０１１２】Ｓ５０７では、ＣＰＵ３９１は、第２水温
センサ１８の出力信号値（冷却水温）：ＴＨＷ２を入力
する。
【０１１３】Ｓ５０８では、ＣＰＵ３９１は、前記Ｓ５
０７で入力された冷却水温：ＴＨＷ２が所定温度：ＴＨ
Ｗs以上であるか否かを判別する。
【０１１４】前記Ｓ５０８において前記第２水温センサ
１８の出力信号値：ＴＨＷ２が所定温度：ＴＨＷs未満
であると判定した場合は、ＣＰＵ３９１は、蓄熱容器１
５に貯蔵されていた温水が機関内冷却水路の全体に行き
渡っていないとみなし、前記Ｓ５０７以降の処理を再度
実行する。
【０１１５】一方、前記Ｓ５０８において前記第２水温
センサ１８の出力信号値：ＴＨＷが所定温度：ＴＨＷs
以上であると判定した場合は、ＣＰＵ３９１は、蓄熱容
器１５に貯蔵されていた温水が機関内冷却水路の全体に
行き渡ったとみなし、Ｓ５０９へ進む。
【０１１６】Ｓ５０９では、ＣＰＵ３９１は、電動ウォ
ーターポンプ１４に対する駆動電力の印加を停止し、冷
却水の循環を停止させる。
【０１１７】Ｓ５１０では、ＣＰＵ３９１は、車室内の
プレヒートランプを消灯させ、運転者に内燃機関１の予
熱が終了したことを通知する。
【０１１８】Ｓ５１１では、ＣＰＵ３９１は、スタータ
ーモータ３７及び点火栓２１の作動を許可する。
【０１１９】Ｓ５１２では、ＣＰＵ３９１は、前記Ｓ５
０２で入力された冷却水温：ＴＨＷ１と前記Ｓ５０８で
入力された冷却水温：ＴＨＷ２との偏差に基づいて吸気
ポートや燃焼室の壁面温度を推定し、その推定値をパラ
メータとして内燃機関１の目標機関空燃比を決定する。
【０１２０】その際、ＣＰＵ３９１は、吸気ポートや燃
焼室の壁面温度が高くなるほど目標機関空燃比が高くな
り（リーン側となり）、吸気ポートや燃焼室の壁面温度
が低くなるほど目標機関空燃比が低くなる（リッチ側と
なる）ようにする。
【０１２１】尚、冷却水温：ＴＨＷ１と冷却水温：ＴＨ
Ｗ２と目標機関空燃比との関係を予め実験的に求め、そ
れらの関係をマップ化してＲＯＭ３９２に記憶しておく
ようにしてもよい。
【０１２２】Ｓ５１３では、ＣＰＵ３９１は、前記Ｓ５
１２で決定された目標機関空燃比をＲＡＭ３９３の所定
の記憶領域に記憶させる。
【０１２３】Ｓ５１４では、ＣＰＵ３９１は、前記Ｓ５
１２で決定された目標機関空燃比を実現すべく、目標燃
料噴射量と目標吸入空気量とを決定し、次いで目標吸入
空気量に従ってスロットル弁３０の目標スロットル開度
を決定する。
【０１２４】その際、ＣＰＵ３９１は、目標機関空燃比
を高めるにあたり、機関回転数の不要な低下を防止すべ
く、目標吸入空気量を増量させつつ目標燃料噴射量を減
量させるようにすることが好ましい。すなわち、ＣＰＵ
３９１は、目標機関空燃比を高めるべく、目標スロット
ル開度を増加補正しつつ目標燃料噴射量を増量補正する
ことが好ましい。
【０１２５】Ｓ５１５では、ＣＰＵ３９１は、前記Ｓ５
１３で決定された目標燃料噴射量及び目標スロットル開
度に基づいて駆動回路２２ａ及びスロットル用アクチュ
エータ３０ａを制御し、本ルーチンの実行を終了する。
【０１２６】また、前記Ｓ５０１においてイグニション
スイッチがオフからオンへ切り換えられていないと判定
した場合は、ＣＰＵ３９１は、Ｓ５１６へ進み、内燃機
関１が始動された時点からの運転時間が所定の暖機運転
時間以下であるか否かを判別する。前記暖機運転時間
は、固定値であってもよく、あるいは始動直前の冷却水
温（例えば、冷却水温：ＴＨＷ１）に対応して変更され
る可変値であってもよい。
【０１２７】前記Ｓ５１６において内燃機関１が始動さ
れた時点からの運転時間が所定の暖機運転時間より長い
と判定された場合は、ＣＰＵ３９１は、内燃機関１の暖
機運転が既に完了しているとみなし、本ルーチンの実行
を終了して通常の燃料噴射制御及びスロットル制御を実
行する。
【０１２８】一方、前記Ｓ５１６において内燃機関１が
始動された時点からの運転時間が所定の暖機運転時間以
下であると判定された場合は、ＣＰＵ３９１は、内燃機
関１の暖機運転が未だに完了していないとみなし、Ｓ５
１４へ進む。
【０１２９】Ｓ５１４では、ＣＰＵ３９１は、ＲＡＭ３
９３の所定の記憶領域に記憶されている目標機関空燃比
を読み出し、その目標機関空燃比と機関回転数とアクセ
ル開度をパラメータとして、目標燃料噴射量及び目標ス
ロットル開度を決定する。
【０１３０】Ｓ５１５では、ＣＰＵ３９１は、ＣＰＵ３
９１は、前記Ｓ５１３で決定された目標燃料噴射量及び
目標スロットル開度に基づいて駆動回路２２ａ及びスロ
ットル用アクチュエータ３０ａを制御し、本ルーチンの
実行を終了する。
【０１３１】このようにＣＰＵ３９１が予熱制御ルーチ
ンを実行することにより、本発明に係る機関予熱手段と
空燃比制御手段と吸入空気量制御手段とが実現されるこ
とになる。
【０１３２】従って、本実施の形態に係る予熱制御によ
れば、内燃機関１の始動前に、蓄熱容器１５の温水を利
用して内燃機関１が予熱された場合は、その予熱により
昇温した吸気ポートや燃焼室等の壁面温度に応じて機関
空燃比が制御されることになり、内燃機関１が予熱され
た場合の機関空燃比を内燃機関１が予熱されなかった場
合の機関空燃比より高くすることができる。
【０１３３】この結果、壁面付着燃料量が比較的少ない
状況下で機関空燃比が不要に低くされることがないた
め、内燃機関１から排出される未燃燃料成分の量が低減
され、以て排気エミッションの悪化が抑制される。
【０１３４】また、内燃機関１が予熱された場合は、予
熱されない場合に比して燃料の気化が促進されるととも
に気筒２０内の温度が高くなるため、予熱されない場合
に比して燃焼が安定する。これにより、内燃機関１が予
熱された場合は、壁面付着燃料量の減少分以上に機関空
燃比を高めることも可能である。
【０１３５】このようにして機関空燃比が高められる
と、排気中の酸素濃度が高まり、排気浄化触媒３３にお
ける酸化反応が促進されるため、低温時における排気浄
化触媒３３の浄化率を高めることが可能になるとともに
排気浄化触媒３３の早期活性を図ることが可能となる。
【０１３６】この結果、内燃機関１から排出される未燃
燃料成分の量が低減される上に、排気浄化触媒３３にお
ける未燃燃料成分の浄化率が向上するため、大気中に放
出される未燃燃料成分量をより一層低減させることが可
能となる。
【０１３７】また、本実施の形態に係る予熱制御によれ
ば、機関空燃比を高める際に、吸入空気量を増加、又
は、吸入空気量を増加させつつ燃料噴射量を減少させる
ため、機関回転数が過剰に低下することがなく、以てド
ライバビリィティの悪化も防止される。
【０１３８】＜実施の形態２＞次に、本発明に係る内燃
機関の第２の実施態様について図６に基づいて説明す
る。ここでは、前述の第１の実施の形態と異なる構成に
ついて説明し、同様の構成については説明を省略する。
【０１３９】前述の第１の実施の形態では、内燃機関１
の始動前に該内燃機関１の予熱が行われた場合は、予熱
が行われなかった場合に比して、始動時及び始動直後の
機関空燃比を高める例について説明したが、本実施の形
態では、内燃機関１の予熱が行われた場合は、予熱が行
われなかった場合に比して、始動時及び始動直後の点火
時期を遅角させる例について述べる。
【０１４０】内燃機関１が冷間始動された場合のように
排気浄化触媒３３が未活性状態にあるときは、点火時期
を遅角させて排気温度を上昇させ、その排気の熱により
排気浄化触媒３３の早期活性を図る技術が知られている
が、内燃機関１の冷間時に点火時期が遅角されると燃焼
が不安定となりやすく、失火等が誘発される可能性があ
る。従って、通常の点火制御では、内燃機関１の冷間時
は、点火時期の遅角量に制限が加えられている。
【０１４１】一方、内燃機関１が予熱された場合は、吸
気ポートや燃焼室の壁面温度が高められ、それに応じて
吸気温度及び混合気の圧縮端温度が高められるため、燃
焼が安定し易い。
【０１４２】内燃機関１の予熱により燃焼安定性が確保
された場合に、内燃機関１の予熱が行われなかった場合
と同様に点火時期の遅角量が制限されると、排気温度を
十分に高めることができず、排気浄化触媒３３が活性す
るまでに時間がかかってしまう。
【０１４３】そこで、本実施の形態に係る予熱制御で
は、ＣＰＵ３９１は、内燃機関１の予熱が行われた場合
は、予熱が行われない場合に比して、点火時期の遅角量
を多くするようにした。
【０１４４】この場合、内燃機関１の燃焼を不安定にす
ることなく点火時期を遅角量を多くすることができるた
め、排気温度を十分に高めることが可能となり、その結
果、排気浄化触媒３３を早期に活性させることが可能と
なる。
【０１４５】以下、本実施の形態に係る予熱制御につい
て図６のフローチャートに沿って具体的に説明する。
【０１４６】図６に示すフローチャートは、予熱制御ル
ーチンを示すフローチャートであり、予熱制御ルーチン
は、車室内に配置された図示しないイグニッションスイ
ッチがオフからオンへ切り換えられたことをトリガにし
てＣＰＵ３９１が実行するルーチンである。
【０１４７】予熱制御ルーチンでは、ＣＰＵ３９１は、
先ずＳ６０１において、イグニッションスイッチがオフ
からオンへ切り替えれたか否かを判別する。
【０１４８】前記Ｓ６０１においてイグニッションスイ
ッチがオフからオンへ切り換えられた判定とした場合
は、ＣＰＵ３９１は、Ｓ６０２へ進み、第１水温センサ
１７およびまたは第２水温センサ１８の出力信号値（冷
却水温）：ＴＨＷ１を入力する。
【０１４９】Ｓ６０３では、ＣＰＵ３９１は、前記Ｓ６
０２で入力された冷却水温：ＴＨＷ１が所定温度：ＴＨ
Ｗs未満であるか否か、つまり内燃機関１の予熱が必要
であるか否かを判別する。
【０１５０】前記Ｓ６０３において前記冷却水温：ＴＨ
Ｗ１が所定温度：ＴＨＷs以上であると判定した場合
は、ＣＰＵ３９１は、内燃機関１の予熱が必要ないとみ
なし、本ルーチンの実行を終了する。この場合、ＣＰＵ
３９１は、通常の点火制御を実行することになる。
【０１５１】一方、前記Ｓ６０３において前記冷却水
温：ＴＨＷ１が所定温度：ＴＨＷs未満であると判定し
た場合は、ＣＰＵ３９１は、Ｓ６０４へ進み、スタータ
ーモータ３７の作動、燃料噴射弁２２の作動、及び点火
栓２１の作動を禁止する。
【０１５２】Ｓ６０５では、ＣＰＵ３９１は、車室内に
配置されている図示しないプレヒートランプをさせ、車
両の運転者に予熱制御の実行を知らせる。
【０１５３】Ｓ６０６では、ＣＰＵ３９１は、第４ヒー
タホース１１ｄを遮断し、且つ第５ヒータホース１１ｅ
と第１バイパス通路１３ａを導通させるべく流路切換弁
１６を制御するとともに、電動ウォーターポンプ１４に
駆動電力を印加することにより、蓄熱容器１５と機関内
冷却水路とを経由する循環回路を成立させ、蓄熱容器１
５に貯蔵されていた温水を機関内冷却水路へ供給させ
る。
【０１５４】Ｓ６０７では、ＣＰＵ３９１は、第２水温
センサ１８の出力信号値（冷却水温）：ＴＨＷ２を入力
する。
【０１５５】Ｓ６０８では、ＣＰＵ３９１は、前記Ｓ６
０７で入力された冷却水温：ＴＨＷ２が所定温度：ＴＨ
Ｗs以上であるか否かを判別する。
【０１５６】前記Ｓ６０８において前記第２水温センサ
１８の出力信号値：ＴＨＷ２が所定温度：ＴＨＷs未満
であると判定した場合は、ＣＰＵ３９１は、蓄熱容器１
５に貯蔵されていた温水が機関内冷却水路の全体に行き
渡っていないとみなし、前記Ｓ６０７以降の処理を再度
実行する。
【０１５７】一方、前記Ｓ６０８において前記第２水温
センサ１８の出力信号値：ＴＨＷが所定温度：ＴＨＷs
以上であると判定した場合は、ＣＰＵ３９１は、蓄熱容
器１５に貯蔵されていた温水が機関内冷却水路の全体に
行き渡ったとみなし、Ｓ６０９へ進む。
【０１５８】Ｓ６０９では、ＣＰＵ３９１は、電動ウォ
ーターポンプ１４に対する駆動電力の印加を停止し、冷
却水の循環を停止させる。
【０１５９】Ｓ６１０では、ＣＰＵ３９１は、車室内の
プレヒートランプを消灯させ、運転者に内燃機関１の予
熱が終了したことを通知する。
【０１６０】Ｓ６１１では、ＣＰＵ３９１は、スタータ
ーモータ３７及び燃料噴射弁２２の作動を許可する。
【０１６１】Ｓ６１２では、ＣＰＵ３９１は、前記Ｓ６
０２で入力された冷却水温：ＴＨＷ１と前記Ｓ６０８で
入力された冷却水温：ＴＨＷ２との偏差に基づいて吸気
ポートや燃焼室の壁面温度を推定し、その推定値をパラ
メータとして点火時期の目標遅角量を決定する。
【０１６２】その際、ＣＰＵ３９１は、吸気ポートや燃
焼室の壁面温度が高くなるほど遅角量を多くなり、且
つ、吸気ポートや燃焼室の壁面温度が低くなるほど遅角
量が少なくなるように目標遅角量を決定する。
【０１６３】尚、冷却水温：ＴＨＷ１と冷却水温：ＴＨ
Ｗ２と目標遅角量との関係を予め実験的に求め、それら
の関係をマップ化してＲＯＭ３９２に記憶しておくよう
にしてもよい。
【０１６４】Ｓ６１３では、ＣＰＵ３９１は、前記Ｓ６
１２で決定された目標遅角量をＲＡＭ３９３の所定の記
憶領域に記憶させる。
【０１６５】Ｓ６１４では、ＣＰＵ３９１は、前記Ｓ６
１２で決定された目標遅角量に従ってイグナイタ２１ａ
を制御し、本ルーチンの実行を終了する。
【０１６６】また、前記Ｓ６０１においてイグニション
スイッチがオフからオンへ切り換えられていないと判定
した場合は、ＣＰＵ３９１は、Ｓ６１５へ進み、内燃機
関１が始動された時点からの運転時間が所定の暖機運転
時間以下であるか否かを判別する。
【０１６７】前記Ｓ６１５において内燃機関１が始動さ
れた時点からの運転時間が所定の暖機運転時間より長い
と判定された場合は、ＣＰＵ３９１は、内燃機関１の暖
機運転が既に完了しているとみなし、本ルーチンの実行
を終了して通常の点火制御を実行する。
【０１６８】一方、前記Ｓ６１５において内燃機関１が
始動された時点からの運転時間が所定の暖機運転時間以
下であると判定された場合は、ＣＰＵ３９１は、内燃機
関１の暖機運転が未だに完了していないとみなし、Ｓ６
１４へ進む。
【０１６９】Ｓ６１４では、ＣＰＵ３９１は、ＲＡＭ３
９３の所定の記憶領域に記憶されている目標遅角量を読
み出し、その目標遅角量に従ってイグナイタ２１ａを制
御し、本ルーチンの実行を終了する。
【０１７０】このようにＣＰＵ３９１が予熱制御ルーチ
ンを実行することにより、本発明に係る機関予熱手段と
点火時期制御手段とが実現されることになる。
【０１７１】従って、本実施の形態に係る予熱制御によ
れば、内燃機関１の始動前に、蓄熱容器１５の温水を利
用して内燃機関１が予熱された場合は、その予熱により
昇温した吸気ポートや燃焼室等の壁面温度に応じて点火
時期の遅角量が制御されることになり、内燃機関１が予
熱された場合の遅角量を内燃機関１が予熱されなかった
場合の遅角量より多くすることができる。
【０１７２】この結果、内燃機関１の燃焼安定性が確保
された状況下で点火時期の遅角量が制限されることがな
いため、内燃機関１から排出される排気の温度を十分に
高くすることが可能となり、以て排気浄化触媒３３を早
期に活性させることが可能となり、冷間始動時の排気エ
ミッションを向上させることができる。
【０１７３】尚、点火時期の遅角量が増加されると、混
合気の燃焼エネルギがクランクシャフトの回転トルクに
反映される比率が低下し、それにより機関回転数が低下
する可能性があるため、点火時期の遅角量を増加させる
場合には、スロットル弁３０の開度を増大させて内燃機
関１の吸入空気量を増加させるようにしてもよい。この
場合、吸入空気量の増加により混合気の燃焼エネルギが
増大するため、機関回転数の不要な低下が抑制されるこ
とになる。
【０１７４】また、前述した第１の実施の形態に係る機
関空燃比制御と第２の実施の形態に係る点火遅角制御と
を組み合わせて実行するようにしてもよい。
【０１７５】この場合、内燃機関１の始動前に該内燃機
関１の予熱が行われたときは、その予熱により昇温した
吸気ポートや燃焼室等の壁面温度に応じて機関空燃比と
点火時期の遅角量とが制御されることになり、内燃機関
１が予熱された時の機関空燃比を内燃機関１が予熱され
なかった時の機関空燃比より高くすることができるとと
もに、内燃機関１が予熱された時の点火時期を内燃機関
１が予熱されなかった時の点火時期より遅角させること
ができる。
【０１７６】この結果、壁面付着燃料量が比較的少ない
状況下で機関空燃比が不要に低くされることがなくなる
とともに、内燃機関１の燃焼安定性が確保された状況下
で点火時期の遅角量が制限されることがなくなるため、
内燃機関１から排出される未燃燃料成分の量を低減させ
つつ排気浄化触媒３３を早期に活性させることが可能と
なり、排気エミッションを一層向上させることが可能と
なる。
【０１７７】
【発明の効果】本発明に係る内燃機関では、機関空燃比
およびまたは点火時期の遅角量は、内燃機関の予熱が行
われたか否かに応じて制御されることになるため、内燃
機関が予熱された場合の機関空燃比を内燃機関が予熱さ
れなかった場合に比して高くし、およびまたは内燃機関
が予熱された場合の点火時期を内燃機関が予熱されなか
った場合に比して遅角させることが可能となる。
【０１７８】従って、本発明に係る内燃機関によれば、
内燃機関の始動時又は始動前に該内燃機関の予熱が行わ
れた場合は、壁面付着燃料量が比較的少ない状況下で機
関空燃比が燃料過濃状態となることがなく、およびまた
は、内燃機関の燃焼安定性が確保された状況下で点火時
期の遅角量が制限されることがなくなるため、内燃機関
から排出される未燃燃料成分量を減少させること、およ
びまたは内燃機関の排気温度を高めて排気浄化触媒の早
期活性を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る内燃機関の概略構成を示す図
【図２】 実施の形態に係る冷却水循環機構の概略構成
を示す図
【図３】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図４】 内燃機関の予熱を行う場合の冷却水の循環回
路を示す図
【図５】 第１の実施の形態に係る予熱制御ルーチンを
示すフローチャート図
【図６】 第２の実施の形態に係る予熱制御ルーチンを
示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関 ２ａ・・・ヘッド側冷却水路 ２ｂ・・・ブロック側冷却水路 ４・・・・冷却水通路 ８・・・・冷却水通路 １０・・・ウォーターポンプ １１・・・ヒータホース １１ａ・・第１ヒータホース １１ｂ・・第２ヒータホース １１ｃ・・第３ヒータホース １１ｄ・・第４ヒータホース １１ｅ・・第５ヒータホース １２・・・ヒータコア １３・・・バイパス通路 １３ａ・・第１バイパス通路 １３ｂ・・第２バイパス通路 １３ｃ・・第３バイパス通路 １４・・・電動ウォーターポンプ １５・・・蓄熱容器 １９・・・冷却水加熱機構 ２１・・・点火栓 ２１ａ・・イグナイタ ２２・・・燃料噴射弁 ２２ａ・・駆動回路 ３０・・・スロットル弁 ３０ａ・・スロットル用アクチュエータ ３２・・・排気枝管 ３３・・・排気浄化触媒 ３９・・・ＥＣＵ ３９１・・ＣＰＵ ３９２・・ＲＯＭ
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｐ 7/16 ５０２ Ｆ０１Ｐ 7/16 ５０２Ｍ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｂ ３０１Ｅ ３０１Ｋ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｂ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｅ (72)発明者 田畑 正和 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G022 CA01 CA02 DA02 EA01 GA01 GA06 GA08 GA09 GA12 3G084 BA05 BA09 BA13 BA17 CA01 CA02 DA04 DA10 FA07 FA10 FA20 FA29 FA38 3G301 HA01 JA21 KA01 KA05 LA03 LB01 LC04 MA01 MA12 NC02 NE12 NE13 PA01Z PA11Z PD13Z PE03Z PE08Z PE09Z PF03Z

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の始動時又は始動前に該内燃機
    関を予熱する機関予熱手段と、 前記内燃機関の予熱が行われた場合は、前記内燃機関の
    予熱が行われなかった場合に比して、前記内燃機関の機
    関空燃比を高くする空燃比制御手段と、を備えることを
    特徴とする内燃機関。
  2. 【請求項２】 内燃機関の始動時又は始動前に該内燃機
    関を予熱する機関予熱手段と、 前記内燃機関の予熱が行われた場合は、前記内燃機関の
    予熱が行われなかった場合に比して、前記内燃機関の点
    火時期を遅角させる点火時期制御手段と、を備えること
    を特徴とする内燃機関。
  3. 【請求項３】 内燃機関の始動時又は始動前に該内燃機
    関を予熱する機関予熱手段と、 前記内燃機関の予熱が行われた場合は、前記内燃機関の
    予熱が行われなかった場合に比して、前記内燃機関の機
    関空燃比を高くする空燃比制御手段と、 前記内燃機関の予熱が行われた場合は、前記内燃機関の
    予熱が行われなかった場合に比して、前記内燃機関の点
    火時期を遅角させる点火時期制御手段と、を備えること
    を特徴とする内燃機関。
  4. 【請求項４】 前記空燃比制御手段は、予熱完了時の前
    記内燃機関の温度に応じて機関空燃比を変更することを
    特徴とする請求項１又は請求項３に記載の内燃機関。
  5. 【請求項５】 前記点火時期制御手段は、予熱完了時の
    前記内燃機関の温度に応じて点火時期の遅角量を変更す
    ることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の内燃
    機関。
  6. 【請求項６】 前記機関予熱手段は、 前記内燃機関に形成され、熱媒体を流通させる熱媒体流
    通路と、 熱媒体が持つ熱を蓄熱する蓄熱装置と、 前記内燃機関の始動時又は始動前に、前記蓄熱装置内の
    熱媒体を前記熱媒体流通路へ供給する熱媒体供給手段
    と、を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３の何
    れか一に記載の内燃機関。
  7. 【請求項７】 前記内燃機関の予熱が行われた場合は、
    前記内燃機関の予熱が行われなかった場合に比して、前
    記内燃機関の吸入空気量を増加させる吸入空気量制御手
    段を更に備えることを特徴とする請求項１〜請求項３の
    何れか一に記載の内燃機関
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