CN1104551C

CN1104551C - 带有燃烧加热器的内燃机

Info

Publication number: CN1104551C
Application number: CN99102426A
Authority: CN
Inventors: 铃木诚
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2003-04-02
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: CA2262128A1; EP0939210A2; CA2262128C; CN1227311A; EP0939210A3; DE69912173D1; RU2169286C2; DE69912173T2; US6227181B1; JP3577961B2; EP0939210B1; JPH11311171A

Abstract

带有把燃烧气体引入进气系统型燃烧加热器的内燃机，即使当内燃机与EGR装置相组合时，也防止空燃比变浓并减少氮氧化物和颗粒物。内燃机有设在进气系统中的燃烧加热器，通过把从加热器所发出的燃烧气体引导到主流管并用燃烧气体的燃烧热加热冷却水来加快内燃机预热并提高车室内取暖装置性能。内燃机包括EGR装置和再循环废气数量控制装置，根据燃烧气体进入主流管的数量来控制由EGR装置再循环的EGR气体数量。加热器运行时，EGR装置停止运行。

Description

带有燃烧加热器的内燃机

本发明涉及一种带有燃烧加热器的内燃机。

在寒冷时，需要加快内燃机的预热，并希望装有该内燃机的车辆的车室内取暖装置具有高性能。

为了实现这样的目的，例如日本专利申请公开公报№62-75069公开了一种加快预热(暖机)并提高车室内取暖装置的性能的技术。其措施是通过一个带有与内燃机主体分开地设置的燃烧加热器的进气系统，把从燃烧加热器喷出的燃烧气体(除非另行指明，该气体下称“燃烧气体”)引入进气系统，通过利用燃烧加热器的燃烧热来提高内燃机主体中所包含的发动机冷却水的温度，从而实现上述目的。

另一方面，如所公知，一种EGR装置主要目的在于减少氮氧化物NOx的生成，次要目的在于提高车室内取暖装置的性能并加快预热。EGR装置的字母“EGR”是废气再循环的英文缩写，而EGR一词字面上是指来自内燃机的一部分废气从排气系统返回到进气系统并被再次引入气缸。因而，EGR装置包括至少一个废气再循环通路，该废气再循环通路是用来把内燃机的排气通路和进气通路旁通地连接到内燃机的气缸的一根管子，用于通过使一部分废气从排气通路流回到进气通路而使废气在排气通路与进气通路之间再循环，EGR装置还包括一个布置在废气再循环通路中的废气再循环数量控制阀，用以控制返回到进气通路的废气的数量。

当EGR装置与带有把燃烧气体引入进气系统的燃烧加热器的内燃机相组合时，进气系统既由燃烧加热器的燃烧气体供气，又由一部分由EGR装置再循环的内燃机废气(EGR气体)供气。燃烧气体和EGR气体中的每一种都是经过一次使用之后的废气。因此，这种废气的再利用意味着内燃机进气数量中的新鲜空气的数量减少，同时二氧化碳的数量增加。因此，有可能内燃机气缸内的空燃比变浓得足以产生烟雾。

另外，燃烧加热器的废气中所含的二氧化碳的浓度与EGR装置的EGR气体中所含的二氧化碳的浓度不同。因而，如果混合的话，将被用作进气通路的进气的由各有不同的二氧化碳浓度的这些气体和新鲜空气的混合物所组成的进气，未经任何调整地被用作内燃机的进气，对内燃机内的燃烧可能有不利的影响。在此一情况下，难以实现既减少氮氧化物又减少微细粉末，该微细粉末是烟雾中所含的所谓颗粒物(以下简称为PM)。

于是，希望提供一种技术，该技术能简单而方便地既减少氮氧化物又减少烟雾，特别是PM。

在这样的情况下作出的本发明的主要目的在于，提供一种带有燃烧加热器的内燃机，该内燃机，甚至当EGR装置与带有把燃烧气体引入进气系统型燃烧加热器的内燃机相组合时，能方便地(容易地)防止空燃比变浓并减少氮氧化物和烟雾，特别是PM(颗粒物)。

为了实现上述目的，根据本发明的第1方面，提供了一种带有布置在进气系统中的燃烧加热器的内燃机，用于通过把从燃烧加热器中所发出的燃烧气体引入进气通路并用燃烧气体所具有的燃烧热来加热发动机有关要件，来加快内燃机的预热并提高设置在装备内燃机的车辆中的车室内取暖装置的性能。内燃机带有用来把进气通路和排气通路旁通地连接到内燃机的气缸的废气再循环通路，并且包括用来通过使内燃机的废气从排气通路经由废气再循环通路返回到进气通路来使废气在排气通路与进气通路之间再循环的一个EGR装置，以及一个再循环废气数量控制装置，后者用于根据燃烧气体进入进气通路的引入数量来控制由EGR装置再循环的废气的数量。

这里，“发动机有关要件”是，例如，发动机冷却水，以及燃烧加热器的燃烧气体作为进气引入其中的内燃机本身。

“EGR装置”包括至少一个废气再循环通路和一个废气再循环数量控制阀，后者用于控制从排气通路经由废气再循环通路返回到进气通路的废气的数量。

“根据燃烧气体进入进气通路的引入数量来控制由EGR装置再循环的废气的数量”的定义，是指“这样控制EGR气体数量，以便由再循环废气与燃烧加热器的燃烧气体的混合物所构成的混合气体的数量变成某个所规定的想要的数量”。

注意，除非另行指明，下文中再循环废气是指EGR气体。另外，EGR气体与燃烧气体的混合气体的数量称为混合气体数量。此外，关于混合气体数量的“某个所规定的想要的数量”是指作为目标的混合气体数量。此一目标混合气体数量并不是一个单一确定的数量，而是有一定程度的容限。

混合气体是一种重复使用燃烧加热器的废气和EGR气体，并且含有比较大量的二氧化碳的气体。甚至在该气体如此含有比较大量的二氧化碳的情况下，通过在一种其中混合气体数量达到目标混合气体数量的状态下与新鲜空气混合而得到一种混合气体，如果此一混合气体被用来作为进入内燃机的进气，则内燃机内的燃烧令人满意地进行。另外，可以指望由于冷却水所得到的热量增加，而加快内燃机的预热，同时可以指望提高装备有该内燃机的车辆的车室内取暖装置的性能。这些已经被由本发明的发明人进行的试验所证实。因而，目标混合气体数量定义为“一种混合气体数量，在该数量下内燃机内的燃烧令人满意地进行，发动机的预热加快，并且可以指望车室内取暖装置性能的提高，甚至当该混合气体混入内燃机的进气中时而且如果其混合数量为一种规定数量的话也是如此”。目标混合气体数量储存在计算机即ECU(电子控制单元)的ROM(只读存储器)中。当有必要时储存在ROM中的目标混合气体数量由用作ECU的中央单元的CPU(中央处理单元)从ROM中取出。

注意，通过适当地控制EGR气体数量和喷油正时的提前量，把混合气体数量设定成目标混合气体数量。

如果提高由EGR气体和燃烧气体的混合物所构成的混合气体在内燃机的进气中所占的比率，则相应地降低氧气在内燃机的进气中所占的比率，同时提高了混合气体中所含的像二氧化碳之类的无效气体的比率。因而，燃烧变成不活动性的，而燃烧时的最高温度降低，因而抑制了氮氧化物的生成。

如果混合气体数量偏离并超过目标混合气体数量，则有可能内燃机中的燃烧恶化到产生烟雾这样的程度。然而，如上所述，目标混合气体数量具有一定程度的容限(许可限度)，并且，只要混合气体数量处于此一容限之内，燃烧就可以令人满意地保持而难以产生烟雾，即使产生的话烟雾数量也极小。另外，如果混合气体数量偏离并低于目标混合气体数量，则冷却水所得到的热量少。因而，难以加快内燃机的预热和提高车室内取暖装置的性能。

这里给出的“混合气体”一词，为了方便起见，也用于不包含EGR气体的气体，即用于混合时仅包含燃烧气体的气体。其理由在于，燃烧气体中所含的二氧化碳与EGR气体中所含的二氧化碳就其数量和浓度而言是彼此不同的，然而，只要在这些气体混合之后二氧化碳占混合气体数量的比率能符合二氧化碳占目标混合气体数量的绝对值，该混合气体数量就足可以用作目标混合气体数量。

“再循环废气数量控制阀”包括EGR装置的废气再循环数量控制阀，用来驱动此一控制阀的阀驱动单元，以及用来操作阀驱动单元的压力控制阀。例如，作为阀驱动单元可以举出带有隔膜的致动器，而作为压力控制阀可以举出排气节流阀VSV(真空切换阀)。而且，压力控制阀可以由CPU来控制。

在根据本发明的带有燃烧加热器的内燃机中，再循环废气数量控制装置根据燃烧气体进入进气通路的引入数量来控制EGR气体数量。因此，只要如上所述混合气体数量是目标混合气体数量，燃烧就令人满意地进行而不产生烟雾。此外，不仅只是把混合气体数量设定成目标混合气体数量，而且要控制EGR气体数量，以便在目标混合气体中把燃烧气体的比率对EGR气体尽可能高地设定，借此提供以下运行效果。

一般来说，燃烧加热器内的燃烧是在低于发动机主体的气缸内燃烧过程中的压力的压力下进行的，而且燃油与空气容易混合。因而，在燃烧加热器中，燃烧可以在接近理论空燃比的邻域内进行。因而，燃烧加热器的燃烧气体具有比内燃机的废气更高的二氧化碳浓度。另外，如所公知，二氧化碳具有抑制烟雾的效果。因而，根据本发明，如果目标混合气体数量中所含燃烧气体的比率大，则当内燃机甚至处于高负载状态和处于低负载状态时均易于抑制烟雾。另外，如果烟雾得到抑制，则这可能导致其中所含PM的减少。

燃烧加热器的燃烧气体是一种不含碳的气体。因而，在内燃机内不积碳，没有内燃机的归因于积碳的异常摩擦之类的麻烦。

根据本发明的第2方面，在根据第1方面的内燃机中，当内燃机处于预定的运行状态时，如果由在进气通路中所产生的引入进气通路中的燃烧气体和返回到进气通路中的废气的混合物所构成的混合气体的数量，不处于想要的混合气体数量的邻域内，则该混合气体数量可以通过增加或减少返回到进气通路的废气的数量来设定成想要的混合气体数量。

这里，“当内燃机处于预定的运行状态时”是指，在寒冷和在极端寒冷时，内燃机正在运行，或在起动内燃机之后，或者当内燃机本身的发热量很少(例如当燃油消耗少时)以及当发动机冷却水所得到的热量因而很少时。而且，寒冷是当外界空气温度为大约-10℃至大约15℃时，极端寒冷是当外界空气温度低于大约-10℃时。

短语“想要的混合气体数量”是指本发明的第1方面中所述的目标混合气体数量。

“如果混合气体数量不处于想要的混合气体数量的邻域内”是指该混合气体数量不等于目标混合气体数量。在此一情况下，该混合气体数量通过相对于进气通路增加或减少EGR气体数量来设定成目标混合气体数量，借此得到本发明的第1方面中所述的效果。

根据本发明的第3方面，根据第2方面的内燃机可以还包括用来探测供给内燃机的用于燃烧的新鲜空气的数量的新鲜空气数量探测机构，和用来根据由该新鲜空气数量探测机构所探测的新鲜空气数量来计算混合气体数量的混合气体数量计算机构。注意，除非另行指明，新鲜空气的数量以下简称为新鲜空气数量。

这里，作为“新鲜空气数量探测机构”可以举出空气流量计。由新鲜空气数量探测机构所探测的新鲜空气数量暂时储存在ECU的RAM(随机存取存储器)中。当有必要时CPU取出储存在RAM中的新鲜空气数量。

对“混合气体数量计算机构”而言，例如，最好是，如图5中所示，一个表示新鲜空气数量与混合气体数量之间的关系的新鲜空气数量对混合气体数量曲线图。新鲜空气数量对混合气体数量曲线图被作为图形(映射)储存在ECU的ROM(只读存储器)中，CPU根据需要取出此一图形。CPU根据该曲线图从储存在RAM中的新鲜空气数量得到混合气体数量。

根据本发明的第4方面，在根据第3方面的内燃机中，燃烧加热器包括一个用来经由内燃机的进气通路供给用于燃烧加热器内的燃烧的空气的空气供给通路，以及一个用来把从燃烧加热器发出的燃烧气体引入进气通路的燃烧气体引入通路。新鲜空气数量探测机构在用来把空气供给通路连接于进气通路的连接点与用来把燃烧气体引入通路连接于进气通路的连接点之间的部位处，布置在进气通路中，而且新鲜空气探测机构的布置位置位于用来把废气再循环通路连接于进气通路的连接点的上游。

燃烧加热器经由空气供给通路和燃烧气体引入通路旁通地连接于进气通路。而且，空气流量计，如果用作新鲜空气数量探测机构的话，在用来把空气供给通路连接于进气通路的连接点与用来把燃烧气体引入通路连接于进气通路的连接点之间的部位处，布置在进气通路中。因而，来自例如一个未画出的通常布置在进气系统的起始端一侧的空气净化器的空气，首先分成在用来把空气供给通路连接于进气通路的连接点处分流入空气供给通路的空气的空气，和未被分流而经由空气流量计穿过进气通路流往用来把燃烧气体引入通路连接于进气通路的连接点的空气。因此，仅有未被分流的空气流过空气流量计。而且，如果流过空气流量计的空气在它到达内燃机的气缸之前的任何地方都不分流，则流过空气流量计的空气数量就成为纯粹参与内燃机内的燃烧的新鲜空气数量。在此一情况下，由于分流到空气供给通路的新鲜空气的比率小，所以得到纯粹参与内燃机内的燃烧的准确的新鲜空气数量。因此，这适于控制内燃机中的燃烧。

另外，燃烧加热器的燃烧气体引入通路与进气通路相连通，致使来自燃烧加热器的燃烧气体在内燃机中被再次燃烧，并且可以在到达内燃机的排气系统时被通常设置在此一排气系统中的排气催化剂所净化。

此外，由于燃烧加热器的空气供给通路和燃烧气体引入通路不直接通大气，所以可以指望降低噪声的效果。

根据本发明的第5方面，在根据第2方面的内燃机中，再循环废气数量控制装置可以包括用来根据内燃机的运行状态计算想要的混合气体数量的想要的气体数量计算机构，并且可以增加或减少由再循环废气数量控制装置返回到进气通路的废气的数量，以使混合气体数量变成由想要的气体数量计算机构所计算的想要的混合气体数量。

这里，“想要的气体数量计算机构”是CPU，更具体地说是一个用来探测想要的混合气体数量的程序框图(程序)，该程序框图储存在ECU的ROM(只读存储器)中。

根据本发明的第6方面，在根据第1方面的内燃机中，最好是当燃烧加热器运行时EGR装置停止运行。

EGR装置的暂停意味着EGR气体不被引入进气通路。从而，仅通过使用燃烧气体来调节目标混合气体数量。因而在此一情况下，仅控制从燃烧加热器发出的废气的数量就可以了，从而，这消除了为了把混合气体数量调节成目标混合气体数量而控制EGR气体数量和喷油正时的提前量的必要性。于是，有利于把混合气体数量设定成目标混合气体数量。因此，易于减少氮氧化物和烟雾。另外，烟雾的减少进一步有利于减少PM。

根据本发明的第7方面，在根据第6方面的内燃机中，最好是由燃烧气体温度传感器来探测燃烧加热器的运行状态。

由燃烧气体温度传感器来探测燃烧加热器的运行状态，使得易于控制燃烧加热器内的火势，这转而提供对从燃烧加热器发出的燃烧气体的温度的方便的控制。随着燃烧气体温度变高，燃烧气体的发出数量变大。然而，即使当燃烧气体的发出数量很大时，也可以仅通过控制燃烧气体而把混合气体数量控制成目标混合气体数量，所以有利于设定成目标混合气体数量。

随着下文参照构成其一部分的附图更全面的描述和权利要求，这些连同存在于结构和运行的细节中的其他目的和优点将因此而显而易见，这些附图中相同的标号到处都表示相同的零件。

通过结合附图的以下描述，本发明的其他目的和优点将变成显而易见的，这些附图中：

图1是表示在本发明的第1实施例中带有燃烧加热器的内燃机的原理图；

图2是表示废气冷却器的放大剖视图；

图3是表示燃烧加热器的原理剖视图；

图4是表示在本发明的第1实施例中用来把混合气体数量设定成目标混合气体数量的运行控制程序的程序框图；

图5是表示新鲜空气数量对混合气体数量的曲线图；以及

图6是表示在本发明的第2实施例中用来把混合气体数量设定成目标混合气体数量的运行控制程序的程序框图。

下面将参照附图描述本发明的实施例。

[第1实施例]

参照图1至图5来描述本发明的第1实施例。

<设备的概述>

发动机1是水冷式内燃机，并包括一个带有发动机冷却水经由其中循环的未画出的水套的发动机主体3，一个用来以燃烧所需要的空气供给发动机主体3的一组未画出的气缸的进气装置5，一个用来把空气-燃油混合物在气缸内燃烧之后所产生的废气向大气中排放的排气装置7，一个用来加热装备有发动机的未画出的车辆的室内的车室内取暖装置(车内加热器)9，以及一个EGR装置88。

进气装置5结构上从一个作为滤清器的空气净化器13起始，并以发动机主体3的一个未画出的进气口终结。从空气净化器13到该进气口，进气装置5设有涡轮增压器15的压缩机15a，燃烧加热器17，中间冷却器19，以及进气歧管21。这些构成进气装置5的结构总称为进气系统的结构。

进气系统结构属于用作进气通路的进气管23，该进气通路带有一组连接管。

进气管32大体上在以压缩机15a作为边界的点处分成下游侧连接管27和上游侧连接管25，因为外界空气被压缩机15a强行引入而进入进气装置5故该下游侧连接管被带入有压状态，而该上游侧连接管未被带入有压状态。

参照图1，上游侧连接管25由从空气净化器13朝着压缩机15a笔直延伸的杆状主流管29，和作为旁通地连接于主流管29的支流管的用于加热器的支管31构成。

用于加热器的支管31基本上取U字形，作为整体包含布置在此一管31中间的燃烧加热器17。另外，用于加热器的支管31带有一个沿用于加热器的支管31中的气流方向布置在燃烧加热器17的上游的空气供给通路33，和一个类似的布置在加热器17的下游的燃烧气体引入通路35。

空气供给通路33把燃烧加热器17的上游侧部位18a连接于主流管29并经由主流管29用新鲜空气供给燃烧加热器17。燃烧气体引入通路35把燃烧加热器17的下游侧部位18b连接于主流管29并把从燃烧加热器17发出的燃烧气体引入主流管29。从而，涉及用于加热器的支管31的空气可能既包括新鲜空气又包括来自燃烧加热器17的燃烧气体。

另外，燃烧气体引入通路35由于燃烧气体流过它而传递燃烧气体a2所具有的热量(燃烧热)。然后，一个用作冷却装置的废气冷却器84在靠近燃烧加热器17的部位处附连于燃烧气体引入通路35。废气冷却器84，如图2中所示，带有一个螺旋形水通路85。一个其两端封闭并具有稍大于燃烧气体引入通路35的直径的圆柱形壳体86，配装于燃烧气体引入通路35的外部，而一组翅片35a、35a、…螺旋地固定于燃烧气体引入通路35的外壁面，从而形成螺旋形水通路85。

另外，水导管W4、W5配装于废气冷却器84的两端84a，84b。另外，如从图1中所见，水导管W4连接于发动机主体3并与水套相连通。此外，水导管W5也连接于发动机主体3并与水套相连通。一个水导管W1是燃烧加热器17经由它连接于发动机主体3，而且来自水套的发动机冷却水经由它流往燃烧加热器17的导管。

废气冷却器84这样构成，因而，来自水套的发动机冷却水经由水导管W4、W5在废气冷却器84与水套之间循环，并到达废气冷却器84，这时发动机冷却水流动，同时被引导沿着螺旋形水通路85绕过燃烧气体引入通路35的外壁。结果，废气冷却器84被投入运行。另外，在此时，如果燃烧气体流过燃烧气体引入通路35内部，则燃烧气体被废气冷却器84所冷却，因而燃烧气体所具有的热量减少。从而，经由燃烧气体引入通路35进入主流管29的燃烧气体转变成低温气体。

另外，关于用来把空气供给通路33连接于主流管29和用来把燃烧气体引入通路35连接于主流管29的各个连接点c1、c2，在主流管29上连接点c1布置在连接点c2的上游。因而，来自空气净化器13的新鲜空气a1首先分成在连接点c1处分流入用于加热器的支管31的空气a1，和未被分流而经由主流管29穿过空气流量计70流往连接点c2的空气a1′。然后，已经从空气a1变成燃烧加热器17的燃烧气体的空气a2，在连接点c2处与空气a1′汇合，并且变成燃烧气体混合空气a3。在此一燃烧气体混合空气a3中，被定义为新鲜空气并流过空气流量计70的空气a1′含有燃烧加热器17的燃烧气体a2，同时燃烧加热器17的燃烧气体a2是几乎无烟地，换言之，不含碳地发出的气体。从而，即使当空气a3被用作用于内燃机的进气时，在内燃机的耐久性方面也必定没有麻烦。注意，空气流量计70探测流量以便确定有多少空气a1′流过空气流量计70，并把其探测信号传送到ECU 46。此一探测信号暂时储存在ECU的未示出的RAM中。然后，当有必要时，ECU的未画出的CPU从中取出该探测值。

现在回到设备的描述。参照图1，下游侧连接管27是由用来把压缩机15a连接于进气歧管21的管子，并基本上取L字形，如图1中所示者。另外，中间冷却器(增压中冷器)19在靠近进气歧管21的部位处布置在下游侧连接管27上。

另一方面，排气装置7结构上从发动机主体3的未画出的排气口起始而以消声器41终结。从该排气口到消声器41，排气装置7包括一个排气歧管37，一个涡轮增压器15的涡轮15b以及一个沿着用作排气通路的排气管42的排气催化剂39。这些构成冷却装置7的结构总称为排气系统结构。排气系统结构是公知的，并且不直接涉及本发明，因而其描述被省略。注意，流过排气装置7的空气作为发动机1的废气被标成标号a4。

接下来，在图3中示意地示出燃烧加热器17的结构。

燃烧加热器17被连接于发动机主体3的水套，并且其中包括一个来自水套的冷却水流过其中的冷却水通路17a。流过冷却水通路17a的发动机冷却水(在图2中用虚线表示)通过并环绕在燃烧加热器17内部所形成的燃烧室17d，其间该冷却水得到来自燃烧室17d的热量并因而被加热。

燃烧室17d由一个作为喷出火焰的燃烧源的燃烧筒17b，和一个用来包住燃烧筒17b以防止火焰外露的圆柱形隔离壁17c构成。燃烧筒17b被隔离壁17c包住，借此燃烧室17d被界定在隔离壁17c的内部。然后，隔离壁17c又被燃烧加热器17的一个外壁43a所包围，在隔离壁17c与外壁43a之间有一个空隙。靠此一空隙，在外壁43a的内表面与隔离壁17c的外表面之间形成冷却水通路17a。

另外，燃烧室17d带有一个空气供给口17d1和一个废气排出口17d2，这些口分别直接连接于空气供给通路33和燃烧气体引入通路35。从空气供给通路33所供给的空气a1，经由空气供给口17d1进入燃烧室17d，流过它并到达废气排出口17d2。此后，如上所述，空气a1流过燃烧气体引入通路35，作为空气a2，进入主流管29。从而，燃烧室17d为一个空气通路的形式，该空气通路接纳已经由于在燃烧加热器17内燃烧而变成空气a2的空气a1。

这样，在燃烧加热器17内燃烧之后经由燃烧气体引入通路35引入主流管29的空气a2，可以说是从燃烧加热器17中所排出的废气，因而具有热量。然后，具有热量的空气a2从燃烧加热器17流出，其间空气a2所具有的热量经由隔离壁17c传递给流过冷却水通路17a的发动机冷却水，从而把发动机冷却水加热到针对每台发动机预先确定的想要的温度。因此，燃烧室17也起热交换器通路的作用。这里，想要的温度是足以加快发动机的预热并提高车室内取暖装置9的性能的温度，以便当发动机冷却水被燃烧加热器17加热并达到想要的温度时，提高装备有发动机的车辆的车室内的温度。

应该指出，燃烧筒17b包括一个连接于一个未画出的燃油泵的燃油供给管17e，而用于燃烧的燃油，在接受该燃油泵的泵压力时，从该燃油泵供给到燃烧筒17b。所供给的燃油在燃烧加热器17中被汽化，借此变成汽化燃油。此一汽化燃油被一个未画出的点火源所点火。

空气供给通路33和燃烧气体引入通路35仅用于燃烧加热器17，因而可以把它们看成是属于燃烧加热器17的构件。

接下来，将描述发动机冷却水到冷却水通路17a的循环。

冷却水通路17a带有一个连接于发动机主体3的水套的冷却水排出口17a1，和一个连接于车室内取暖装置9的冷却水排出口17a2。

冷却水排出口17a1经由水导管W1连接于发动机主体3，而冷却水排出口17a2经由水导管W2连接于车室内取暖装置9。

燃烧加热器17经由这些水导管W1、W2连接于发动机主体3的水套和车室内取暖装置9。另外，车室内取暖装置9经由水导管W3连接于发动机主体3。

因此，发动机主体3的水套的发动机冷却水，如从图1中所见，按以下顺序流动：(1)从冷却水排出口17a1经由水导管W1到达燃烧加热器17处，在那里它被加热。也就是说，发动机冷却水得到热量。(2)已经加热的发动机冷却水从燃烧加热器17的冷却水排出口17a2经由水导管W2流到车室内取暖装置9处。(3)然后，发动机冷却水在其温度被车室内取暖装置9中的热交换降低之后，经由水导管W3流回水套。甚至当发动机冷却水到达水套时，仍然保留在发动机冷却水中的热量被用来加快发动机1的预热。

于是，冷却水经由水导管W1、W2、W3在发动机主体3、燃烧加热器17和车室内取暖装置9之间循环。这样，燃烧加热器17用它的燃烧气体来加热发动机冷却水，借此提高车室内取暖装置9的性能并加快发动机1的预热。

总之，由燃烧加热器17所发出的燃烧气体所具有的热量加热发动机冷却水，借此加快发动机主体3的预热并提高车室内取暖装置9的性能。也就是说，发动机冷却水的热量(由冷却水所得到的热量)越大，则发动机预热性能和取暖性能越高。

另外，从车室内取暖装置9经由水导管W3流往发动机主体3的发动机冷却水，在其热量消耗于发动机主体3的预热之后，从发动机主体3经由水导管W1流往燃烧加热器17。此一发动机冷却水具有比被燃烧加热器17所加热并流往车室内取暖装置9的发动机冷却水小得多的热量。而且，一部分此一发动机冷却水经由水导管W5流往废气冷却器，并且，如上所述，供给用来冷却从燃烧加热器17所发出的燃烧气体a2，此后经由水导管W4流回到发动机主体3。

注意，如图3中所示，标号45代表一个设置在燃烧加热器17内部的空气鼓风扇。

接下来，将描述EGR装置88。

EGR装置88是用来使一部分废气流回到进气系统而所返回的废气被作为发动机1的一部分进气的装置。

EGR装置88包括一个废气再循环通路90，该通路把排气系统的排气歧管37和进气系统的下游侧连接管27的进气歧管21旁通地连接于发动机主体3，并用来把废气从排气管42向下游侧连接管27再循环。另外，废气再循环通路90设有一个用作用来控制再循环废气的流量的废气再循环数量控制阀的EGR阀92。EGR阀92由一个未画出的阀驱动单元(例如带有隔膜的致动器)来驱动控制。该驱动单元由一个压力控制阀(例如真空切换阀)来驱动。该压力控制阀由一个未画出的真空罐相连通，借此对其施加负压。ECU 46电气上连接于诸如外界空气温度传感器、燃烧气体温度传感器以及转速传感器之类的未画出的传感器，空气鼓风扇45，燃油泵，空气流量计70，以及与EGR阀92有关的压力控制阀。ECU 46的CPU对由这些传感器之类所输出的参数执行算术运算，于是压力控制阀被驱动，结果EGR阀92根据发动机1的运行状态适当地打开和关闭。因而，ECU 46、EGR阀92、阀驱动单元和压力控制阀总称为再循环废气数量控制装置。

于是，燃烧加热器17和EGR装置88被ECU 46根据传感器所给出的各自的参数来操作。而且，当操作燃烧加热器17和EGR装置88时，ECU46通过控制燃烧加热器17内的燃烧状态来控制燃烧加热器17的燃烧气体a2的温度，并且根据燃烧加热器17的燃烧气体a2进入燃烧气体引入通路35的引入数量，控制流过EGR装置88的EGR气体数量。

下面进行详细描述[EGR装置88是如何根据燃烧加热器17的燃烧气体a2进入燃烧气体引入通路35的引入数量来控制EGR气体数量的]。注意，流过废气再循环通路90的EGR气体用标号“e”来代表。

上面带括号的句子意味着[燃烧加热器17的燃烧气体a2和在下游侧连接管27中EGR气体“e”的混合物所构成的混合气体“as”(未画出)的数量，是某个规定的想要的数量，而EGR气体数量“e”被控制成获得此一想要的数量。]注意，[某个规定的想要的数量]是指目标混合气体数量。根据由本发明人所进行的试验，证实了当混合气体数量保持为目标混合气体数量时，内燃机的燃烧保持得很好，并且证实了在冷却水所得到的热量增加的情况下，可以指望预热发动机的加快和车室内取暖装置性能的提高。

混合气体“as”的数量对应于流过空气流量计70的新鲜空气a1′的数量(称为新鲜空气数量)，而图5是表示它们之间的关系的新鲜空气对混合气体数量曲线图。新鲜空气a1′的数量称为“新鲜空气数量”。参照图5，纵轴表示新鲜空气数量，而横轴表示混合气体数量。ECU 46的一个只读存储器(ROM)以图形(映射)的形式在其中储存新鲜空气数量对混合气体数量曲线图。于是，当有必要时，CPU取出该图形。根据此一图形，CPU从在以上所述的RAM中所储存的新鲜空气数量得到混合气体数量。从图5中可见，混合气体数量随着新鲜空气数量的增加而减少，也就是说这表示一种反比关系，如可理解的那样。

另外，标号a3′表示经由下游侧连接管27流往发动机1的气缸的进气，即其中EGR气体“e”被加进空气a3的空气。进气a3′包含混合气体“as”，参照图1，由以下公式(1)来表达：

a3′＝a3+“e”

＝a1′+a2+“e”

＝a1′+“as” (1)式中 a3＝a1′+a2

a2+“e”＝“as”

接下来，将参照图4描述用来把混合气体数量设定成目标混合气体数量的运行控制程序。

此一程序是用来驱动发动机1的未画出的正规程序框图的一部分，并且由将在下文描述的步骤S101至S104组成。这些步骤构成的程序框图储存在ECU 46的ROM中。另外，在以下程序中的所有操作均由CPU来执行。

在起动发动机1之后，当过程移到此一程序时，在执行用来把混合气体数量设定成目标混合气体数量的运行控制程序之前，判定发动机1是否处于需要启用燃烧加热器17的运行状态。“当发动机1处于此一运行状态时”是指，在寒冷或在极寒冷时，发动机正在运行，或在起动发动机之后，以及当发动机主体3本身的发热量少(例如当燃油消耗少时)以及当冷却水所得到的热量因而少时。这里，寒冷是指外界空气温度为大约-10℃至大约15℃，而极寒冷是指外界空气温度低于-10℃。注意，第1实施例是基于这样的前提，即发动机主体1处于需要启用燃烧加热器17的运行状态。因此，判定发动机1是否处于以上运行状态的步骤被省略。

在S101中，CPU从空气流量计70的探测信号得到流往发动机主体3的未画出的气缸的新鲜空气a1′的数量。在得到新鲜空气a1′的数量之后，CPU进到S102。

在S102中，CPU得到燃烧加热器17的燃烧气体a2和下游侧连接管27中EGR气体“e”的混合物所构成的混合气体“as”的数量。由于已经在S101中得到了新鲜空气a1′的数量，所以CPU得到在纵轴上的a1′与图5的曲线图的交点，其中与此一交点相对应的由横轴所表示的值表示所要得到的混合气体“as”的数量(见图5中的箭头)。从而，新鲜空气数量对混合气体数量曲线图可以被看成一个混合气体数量计算机构，因为混合气体“as”数量是根据新鲜空气a1′的数量来计算的。

在下一步S103中，CPU判定混合气体“as”数量是否等于目标混合气体数量。如果未处于混合气体“as”的数量＝目标混合气体数量的关系，则CPU作出否定判断并进到下一步S104。在S104中，CPU把EGR阀控制成具有适当的开度，以便混合气体“as”数量达到目标混合气体数量。如果判定为处于混合气体“as”数量＝目标混合气体数量的关系，则CPU作出肯定判断并结束此一程序。为了概括S103和S104，可以说[如果混合气体“as”数量未处于目标混合气体数量的邻域内，则通过增加或减少EGR气体数量来设定成目标混合气体数量]。

上述计算可以通过执行由步骤S101～S104所组成的程序框图中的过程来进行。CPU执行所有这些过程，因而它可被称为想要的气体数量计算单元。

接下来，将描述本发明的第1实施例中的带有燃烧加热器的内燃机1的运行效果。

<第1实施例中的运行效果>

在带有燃烧加热器的内燃机1中，EGR气体“e”的数量是根据燃烧气体a2进入进气系统的引入数量，通过调整EGR装置88的EGR阀92的开度来控制的。于是，EGR气体“e”与燃烧气体a2的混合物所构成的混合气体“as”的数量可以借此而设定成目标混合气体数量。此外，EGR气体数量被这样控制，以便燃烧气体变成相对于在目标混合气体中燃烧气体对EGR气体的比率尽可能地高，借此可以得到以下运行效果。

(i)燃烧加热器17内的燃烧通常是在低于发动机主体3的气缸内进行燃烧的压力的压力下进行的，而且燃油与空气容易混合。在燃烧加热器17中，燃烧可以在非常接近理论空燃比的邻域内进行。因而，燃烧加热器17的燃烧气体具有较少数量的碳氢化合物HC和氮氧化物NOx和更高的二氧化碳排出浓度，借此它比废气a4(＝EGR气体“e”)要清洁。另外，如所公知，二氧化碳具有抑制烟雾的效果。因而，即使当发动机1处于高负载状态更不用说处于低负载状态时，可以抑制烟雾并防止空燃比变浓。

(ii)燃烧加热器17的燃烧气体a2是一种不含碳的气体。因而，在发动机主体3内不积碳，很难出现内燃机的归因于积碳的异常摩擦之类的麻烦。

(iii)通过把EGR气体“e”与燃烧气体a2的混合气体“as”的数量设定成目标混合气体数量，燃烧很好地进行，而且随着冷却水所得到的热量的增加，氮氧化物减少。因此可以指望发动机1的预热加快和车室内取暖装置9的性能提高。

另外，燃烧加热器17经由空气供给通路33和燃烧气体引入通路35旁通地连接于主流管29。这样，由于空气流量计70布置在主流管29中连接点c1与c2之间的部位处，所以来自作为进气系统的起始端的空气净化器13的空气，分成在连接点c1处向空气供给通路33分流的空气a1，和未被分流而沿主流管29经由空气流量计70流往连接点c2的空气a1′。因此，仅有未被分流的空气a1′流过空气流量计70。而且，在空气a1′到达发动机主体3之前的任何地方都不发生空气a1′的分流，从而空气a1′的数量成为纯粹参与发动机1的燃烧的新鲜空气数量。借此由空气流量计70得到纯粹参与发动机1的燃烧的准确的新鲜空气数量。因而，这适于对发动机1的燃烧的控制。

此外，燃烧加热器17的燃烧气体引入通路35与作为进气通路的主流管29相连通，致使燃烧气体a2在发动机1内再次被燃烧。此一再次燃烧的燃烧气体a2，在到达发动机1的排气系统时，可以被设置在排气系统中的排气催化剂39所净化。

这样，由于燃烧加热器17的空气供给通路33和燃烧气体引入通路35不直接通大气，所以可以指望降低噪声的效果。

[第2实施例]

接下来将参照图6所示的运行控制程序来描述第2实施例。第1实施例的运行控制程序是基于发动机1必定处于需要启用燃烧加热器17的运行状态这一前提。然而，第2实施例在以下三点上与第1实施例有所不同。(1)不需要上述前提，即第2实施例具有一个判定燃烧加热器是否运行的步骤。(2)增加了一个根据燃烧加热器17是否运行来使EGR装置88‘通/断’的步骤。(3)第1实施例的步骤S101～S104的内容根据EGR装置88究竟处于‘通’状态还是‘断’状态来改变。

下文将更详细地描述第2实施例的这种运行控制程序。

在起动发动机1之后，当过程进到此一程序时，在S21中判定是否通过运行燃烧加热器17来实现燃烧。

如果在S21中判定是肯定的，则过程进到S22，而如果判定是否定的，则进到S23。

在S22和S23中，分别执行EGR装置88的‘断’控制和‘通’控制。然后，过程从S22或S23进到S201。

在S201中，像在第1实施例中的S101中一样，根据空气流量计70的检测信号得到流往发动机主体3的未画出的气缸的新鲜空气a1′的进气数量。在得到新鲜空气a1′的进气数量之后，过程进到S202。

在S202中，虽然该步骤相当于第1实施例中的S102，视究竟是执行EGR装置88的‘断’控制还是‘通’控制的不同来确定EGR气体“e”的数量，而执行哪一种控制则是根据在S21中所作出的肯定判断和否定判断之间的不同。也就是说，当执行EGR装置88的‘断’控制时，EGR气体“e”的数量为零，因而混合气体“as”的数量仅取决于燃烧加热器17的燃烧气体a2的数量。相反，当执行EGR装置88的‘通’控制时，像在第1实施例的S102中一样，混合气体“as”的数量是从燃烧气体a2的数量和EGR气体“e”的数量得到的。

在下一步S203中判定混合气体“as”的数量是否等于目标混合气体数量。如果未处于混合气体“as”数量＝目标混合气体数量的关系，则作出否定判断，而过程进到下一步S204。如果在S203中判定处于混合气体“as”数量＝目标混合气体数量的关系，则作出肯定判断，并且此一程序结束。

在S204中，像在S104中一样，混合气体“as”数量被控制得变成目标混合气体数量。然而，控制混合气体“as”数量的方法不同，视究竟是执行EGR装置88的‘断’控制还是‘通’控制而定。也就是说，为了使混合气体“as”数量等于目标混合气体数量，应该确定究竟是可以仅靠燃烧加热器17的燃烧气体，还是通过需要使用EGR气体“e”来得到目标混合气体数量。当执行EGR装置88的‘断’控制时，混合气体“as”数量仅通过使用燃烧气体a2来控制。当执行EGR装置88的‘通’控制时，混合气体“as”数量通过既使用燃烧气体a2又使用EGR气体“e”来控制。

<第2实施例中的运行效果>

在第2实施例中，当燃烧加热器17运行时，进行EGR装置88的‘断’控制，于是EGR装置88停止运行。EGR装置88的暂停意味着，EGR气体“e”不被引入进气管23。因此，仅通过使用燃烧气体a2把混合气体“as”数量控制成目标混合气体数量。在此一情况下，仅从燃烧加热器17发出的废气的数量就足以进行以上控制，从而可以消除为了把混合气体“as”数量控制成目标混合气体数量而控制EGR气体“e”数量和喷油正时的提前量的必要性。于是，把混合气体数量设定成目标混合气体数量要容易得多。从而，有利于减少氮氧化物和烟雾。进而，当烟雾减少时，可以更加有利于减少PM。

最好是由未示出的燃烧气体温度传感器来探测燃烧加热器17的运行状态。燃烧气体温度传感器探测燃烧加热器17的运行状态，借此使得可以方便地调节燃烧加热器17内的火势，即从燃烧加热器17发出的燃烧气体的温度。随着燃烧气体温度变得越高，燃烧气体a2的发生数量变得越大。然而，即使当燃烧气体a2的发生数量很大时，也可以仅通过控制燃烧气体a2而把混合气体“as”数量调节成目标混合气体数量，借此有利于设定成目标混合气体数量。

如上所述，根据本发明的带有燃烧加热器的内燃机是这样构成的，即燃烧加热器设置在进气系统中，从燃烧加热器发出的燃烧气体被引向进气通路，发动机有关要件被燃烧气体所具有的热量加热，借此加快内燃机的预热并提高装备有内燃机的车辆中的车室内取暖装置的性能。这样构成的内燃机包括EGR装置和用来根据燃烧气体进入进气通路的引入数量控制由EGR装置所再循环的废气的数量的再循环废气数量控制装置。因而，即使当EGR装置与带有把燃烧气体引入进气系统型燃烧加热器的内燃机相组合时，也有可能防止空燃比变浓并抑制烟雾的产生。

从详细的说明书中，本发明的许多特征和优点是显而易见的，于是，所附权利要求书旨在覆盖落入本发明的精神实质和范围之内的本发明的所有这些特征和优点。进而，由于对本专业的技术人员来说各种修改和变动很容易实现，所以不想把本发明限制于所图示和描述的具体结果和操作，因此所有适当的修改和等效物均可还原成落入本发明的范围之内。

Claims

1.一种带有布置在进气系统中的燃烧加热器的内燃机，用于通过把从所述燃烧加热器中发出的燃烧气体引入进气通路并用燃烧气体所具有的燃烧热加热发动机有关要件来加快所述内燃机的预热并提高设置在装备所述内燃机的车辆中的车室内取暖装置的性能，所述内燃机包括：

一个EGR装置，包括用来旁通地连接所述内燃机的进气通路和排气通路的废气再循环通路，以便通过使所述内燃机的废气从排气通路经由废气再循环通路返回到进气通路来使废气在排气通路与进气通路之间再循环；以及

一个再循环废气数量控制装置，用于控制由所述EGR装置再循环的废气的数量，

其特征是：

当所述内燃机处于预定的运行状态时，如果在进气通路中所产生的引入进气通路中的燃烧气体和返回到进气通路中的废气的混合物所构成的混合气体的数量不处于想要的混合气体数量的邻域内，则根据燃烧气体进入进气通路的引入数量，通过增加或减少返回到进气通路的废气的数量来把该混合气体数量设定到想要的混合气体数量。

2.根据权利要求1的一种带有燃烧加热器的内燃机，其特征是还包括：

用来探测供给所述内燃机用于燃烧的新鲜空气的数量的新鲜空气数量探测机构；以及用来根据由所述新鲜空气数量探测机构所探测的新鲜空气数量来计算混合气体数量的混合气体数量计算机构。

3.根据权利要求2的一种带有燃烧加热器的内燃机，其特征是，燃烧加热器包括一个用来经由内燃机的进气通路供给用于燃烧加热器内的燃烧的空气的空气供给通路，以及一个用来把从所述燃烧加热器发出的燃烧气体引入进气通路的燃烧气体引入通路，

所述新鲜空气数量探测机构在用来把空气供给通路连接于进气通路的连接点与用来把燃烧气体引入通路连接于进气通路的连接点之间的部位处布置在进气通路中，而且

所述新鲜空气探测机构的布置位置位于废气再循环通路对进气通路的连接部位的上游。

4.根据权利要求1的一种带有燃烧加热器的内燃机，其特征是，所述再循环废气数量控制装置包括用来根据所述内燃机的运行状态计算想要的混合气体数量的想要的气体数量计算机构，并且这样增加或减少由所述再循环废气数量控制装置返回到进气通路的废气的数量，以便混合气体数量变成由所述想要的气体数量计算机构所计算的想要的混合气体数量。

5.一种带有布置在进气系统中的燃烧加热器的内燃机，用于通过把从所述燃烧加热器中发出的燃烧气体引入进气通路并用燃烧气体所具有的燃烧热加热发动机有关要件来加快所述内燃机的预热并提高设置在装备所述内燃机的车辆中的车室内取暖装置的性能，所述内燃机包括：

其特征在于：

当所述燃烧加热器运行时所述EGR装置停止运行；

如果在进气通路中所产生的引入进气通路中的燃烧气体和返回到进气通路中的废气的混合物所构成的混合气体的数量不处于想要的混合气体数量的领域内，则通过调节进入进气通路中的燃烧气体的引入数量来把该混合气体数量设定到想要的混合气体数量。

6.根据权利要求5的一种带有燃烧加热器的内燃机，其特征是，由燃烧气体温度传感器来探测所述燃烧加热器的运行状态。