JP2001132560A - 吸気加熱システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン１に吸い込まれる吸気温度を素早く
立ち上げるようにして、エンジン１の始動時間の短縮を
図る。 【解決手段】 エンジン１の始動時は、燃焼機１４が稼
働され、燃焼機１４内で発生する燃焼ガスのうち、冷却
水を加熱する前の高温燃焼ガスが、高温排気管１９を介
してエンジン吸気管２に供給される。このように、エン
ジン１の吸気が高温燃焼ガスの供給によって加熱される
ため、エンジン１の始動性が向上する。特に、高温排気
管１９が最もエンジン１に近く接続されているため、高
温燃焼ガスの熱がエンジン吸気管２の管壁に伝わること
によって生じる熱ロスが低減できる。これによって、エ
ンジン１に吸い込まれる吸気温度を素早く立ち上げるこ
とができ、エンジン１の始動時間の短縮を図ることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼機を用いて内
燃機関の吸気を加熱する吸気加熱システムに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】エンジンは、周知のごとく空気を吸入圧
縮して燃料を燃焼（爆発）させるものであるので、特に
ディーゼルエンジンのごとく点火装置（点火プラグ）を
有していないエンジンにおいて、エンジンの始動性を向
上させるには、エンジンの吸気を加熱する手段が有効で
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、発明者等
は、車室内を暖房するヒータコア内を流通する流体（冷
却水）を加熱する燃焼機の燃焼ガスを、エンジンの吸気
側に供給することにより、吸気を加熱する吸気加熱シス
テムを検討した。燃焼ガスの有する熱によりヒータコア
を流通する流体を加熱した後の燃焼ガスは、温度が低い
ので、十分に吸気を加熱することができず、エンジンの
始動性を十分に向上させることができない。そこで、エ
ンジンの始動時に燃焼機内で発生した燃焼ガスのうち、
流体を加熱する前（または、加熱する途中）の高温燃焼
ガスをエンジン吸気管内に供給することによってエンジ
ンの始動性を向上させ、エンジンの始動後には流体を加
熱した後の低温燃焼ガスをエンジン吸気管内に供給する
吸気加熱システムを考案した（この吸気加熱システムは
周知の技術ではない）。

【０００４】上記の吸気加熱システムは、エンジンの始
動時に流体を加熱する前（または、加熱する途中）の高
温燃焼ガスがエンジン吸気管内に供給されるため、始動
性を大きく向上させることができるが、エンジン始動時
間（クランキング時間）を短縮させる要求は常にあるた
め、さらなるエンジン始動時間の短縮が求められてい
る。本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、エンジンに吸い込まれる吸気温度を素早く立
ち上げるようにして、エンジンの始動時間の短縮を図っ
た吸気加熱システムの提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１、２の記載の発
明では、エンジン吸気管に対する高温排気手段、低温排
気手段およびヒータ用吸気手段の接続順が、エンジン吸
気の上流から、ヒータ用吸気手段、低温排気手段、高温
排気手段の順である。これにより、エンジン始動時にお
いて、エンジン吸気管内を流れる高温燃焼ガスの流路長
が短くなり、高温燃焼ガスの熱がエンジン吸気管の管壁
に伝わることによって生じる熱ロスが低減できる。これ
によって、エンジン始動時において、エンジンに吸い込
まれる吸気温度を素早く立ち上げることができ、エンジ
ンの始動時間（クランキング時間）の短縮を図ることが
できる。

【０００６】なお、高温排気手段は、例えば高温排気
管、あるいはこのような高温排気管を介することなく高
温排気ガスを直接的にエンジン吸気に与える高温排気口
等であり、低温排気手段は、例えば低温排気管、あるい
はこのような低温排気管を介することなく低温排気ガス
を直接的にエンジン吸気に与える低温排気口等であり、
ヒータ用吸気手段は、例えばヒータ用吸気管、あるいは
このようなヒータ用吸気管を介することなくエンジン吸
気管内の空気を直接的に燃焼機に与えるヒータ用吸気口
等である。

【０００７】また、請求項２に記載の発明のごとく、高
温排気管（高温排気手段）をエンジン吸気管の内部まで
延ばし、高温排気管の排気口がエンジン吸気管の管壁よ
りも内側において開口するようにしても良い。このよう
に設けることによって、高温燃焼ガスの熱がエンジン吸
気管の管壁に伝わることによって生じる熱ロスを低減で
きる。

【０００８】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１、図２は本
実施形態にかかる吸気加熱システムの模式図である。１
はディーゼルエンジン（以下、エンジンと略す）であ
り、２はエンジン１に吸入される吸気が流通するエンジ
ン吸気管であり、３はエンジン１から排出された排気ガ
スが流通するエンジン排気管である。

【０００９】エンジン吸気管２には、その上流から順
に、吸気中の塵埃を除去するエアフィルタ４、およびア
クセル開度等に基づいてエンジン１に吸入される吸気量
を調節する吸気絞り弁５（スロットル弁）が配設されて
いる。なお、この実施形態の吸気絞り弁５は、後述する
ようにエンジン始動時（クランキング時）においては図
１（ａ）に示すように右に傾いてエンジン吸気管２を閉
じ、エンジン停止時においては図１（ｃ）に示すように
左に傾いてエンジン吸気管２を閉じるように設けられて
いる。一方、エンジン排気管３には、その上流から順
に、排気の酸化還元反応を促進することにより排気を浄
化する三元触媒６、および排気の騒音を低減するマフラ
ー７が配設されている。

【００１０】８は排気の一部をエンジン吸気管２に還流
させることにより、排気中の窒素酸化物を低減する排気
循環管であり、９はエンジン１の稼働状態によって排気
循環管を開閉するＥＧＲバルブである。なお、この実施
形態におけるＥＧＲバルブ９は、エンジン停止時におい
ても、後述する燃焼機１４が運転（稼働）する場合は排
気循環管８を開くように設けられている。１０はエンジ
ン１内を循環する冷却水を冷却するラジエータであり、
１１はエンジン１からの駆動力を得て冷却水を循環させ
るポンプであり、１２は冷却水の温度を所定範囲内（約
８０℃〜１００℃）に維持するべく、ラジエータ１０を
流通する冷却水量を調節するサーモスタットである。

【００１１】１３はエンジン１内を循環する冷却水（流
体）を熱源として車室内を暖房するヒータコアであり、
１４は燃料（本実施形態では、軽油）を燃焼することに
よりヒータコア１３内を流通する冷却水を加熱する燃焼
機であり、この燃焼機１４はエンジン１の上方側にてエ
ンジン１に固定されるものであるが、車両ボディに固定
されていても良い。１５は燃焼機１４に燃料を供給する
燃料ポンプであり、１６は燃料が燃焼する燃焼筒１７に
空気（酸素）を供給する軸流型のターボ送風機である。

【００１２】燃焼機１４には、燃焼ガス等の有する熱と
冷却水とを熱交換し、冷却水を加熱するウォータージャ
ケット１８（熱交換器）が燃焼筒１７の外側を覆うよう
に形成されている。また、燃焼機１４には、燃焼筒１７
内で発生した燃焼ガスのうち、冷却水を加熱する前（ま
たは冷却水を加熱する途中）の高温燃焼ガス（約３００
℃以上）をエンジン吸気管２内に供給するための高温排
気管１９と、燃焼筒１７内で発生した燃焼ガスのうち、
冷却水を加熱した後の低温燃焼ガス（約３００℃以下）
をエンジン吸気管２内に供給するための低温排気管２０
と、エンジン吸気管２内から燃焼筒１７へ燃焼用の空気
（酸素）を供給するためのヒータ用吸気管２１とが接続
されている。

【００１３】エンジン吸気管２に対する高温排気管１
９、低温排気管２０およびヒータ用吸気管２１の接続順
は、エンジン１吸気の上流から、ヒータ用吸気管２１、
低温排気管２０、高温排気管１９の順であり、高温排気
管１９が最もエンジン１に近く接続されている。高温排
気管１９は、エンジン始動時（クランキング時）にエン
ジン１の吸気側に高温燃焼ガスを供給するためのもので
あり、高温燃焼ガスの熱がエンジン吸気管２の管壁に伝
わることによって生じる熱ロスの低減のため、高温排気
管１９が最もエンジン１の近くに接続される。

【００１４】また、高温排気管１９の管長も、熱ロスの
低減のために短い方が好ましく、燃焼機１４をエンジン
吸気管２と一体的に設けるか、燃焼機１４をエンジン吸
気管２の内部に配置することがより好ましい。つまり、
高温排気管、低温排気管およびヒータ用吸気管を廃止す
るとともに、高温排気ガスを直接的にエンジン吸気に与
える高温排気口、低温排気ガスを直接的にエンジン吸気
に与える低温排気口、およびエンジン吸気管内の空気を
直接的に燃焼機に与えるヒータ用吸気口のうち、エンジ
ン吸気の上流から、ヒータ用吸気口、低温排気口、高温
排気口の順で配置しても良い。

【００１５】低温排気管２０は、ウォータージャケット
１８と燃焼筒１７との間の排気通路２２を通過すること
によって冷却水との熱交換を終えた、温度が約３００℃
以下まで低下した低温燃焼ガスをエンジン吸気管２に流
入させるもので、低温排気管２０の接続部位には吸気絞
り弁５が配置されている。燃焼機１４の吸気は燃焼ガス
と略同等の圧力を有する必要があるので、ヒータ用吸気
管２１はエンジン吸気管２から空気を吸引するものであ
り、エアフィルタ４の下流部位から空気を吸入してい
る。

【００１６】燃焼機１４のうち、燃焼筒１７の軸方向端
部側には、排気通路２２を迂回させて、冷却水を加熱す
る前（または冷却水を加熱する途中）の高温燃焼ガスを
高温排気管１９に導くバイパス通路２３が設けられてお
り、このバイパス通路２３は、バルブ２４（底抜き弁）
によって開閉制御されている。この実施形態におけるバ
ルブ２４は、ステッピングモータ等の電磁アクチュエー
タ２５により駆動されており、この電磁アクチュエータ
２５は、セラミック等の熱伝導率の低い材質からなる連
接棒２５ａを介してバルブ２４を駆動するものである。

【００１７】因に、２６はエンジン１が停止してポンプ
１１が停止している時に、ウォータジャケット１８内に
冷却水を循環させるための電動式ポンプであり、２７は
電動式ポンプ２６から吐出される冷却水が、ウォータジ
ャケット１８の流入側に流通してしまい冷却水がショー
トサーキットしてしまうことを防止する逆止弁である。

【００１８】次に、本実施形態にかかる吸気加熱システ
ムの特徴的作動を、吸気絞り弁５、ＥＧＲバルブ９、バ
ルブ２４の開閉制御とともに説明する。エンジン始動時
（クランキング時）の作動を、図１（ａ）を参照して説
明する。エンジン１がセルモータ（図示せず）にて回転
駆動（クランキング）されると同時に、バルブ２４を開
いた状態で燃焼機１４を着火（稼働させる）。

【００１９】このエンジン始動時、吸気絞り弁５は、右
に傾いてエンジン吸気管２を閉じるように設けられてお
り、エンジン吸気管２の内部が、上流側の低温排気管２
０と、下流側の高温排気管１９との間で遮断される。こ
れによって、ヒータ用吸気管２１および低温排気管２０
から燃焼機１４内に空気が流れ、冷却水を加熱する前
（または冷却水を加熱する途中）の高温燃焼ガスが高温
排気管１９を介してエンジン吸気管２内に供給される。
つまり、エンジン始動時は、高温燃焼ガスがエンジン１
の吸気側に供給される。なお、エンジン１が稼働する前
（完爆前）においてクランキングが中断された場合は、
ＥＧＲバルブ９が開くように設けられており、エンジン
吸気管２内に供給された高温燃焼ガスがエンジン１を迂
回してエンジン排気管３に導かれる。

【００２０】エンジン運転中の暖房運転（燃焼機１４稼
働）の作動を、図１（ｂ）を参照して説明する。エンジ
ン１が稼働し、冷却水の温度があらかじめ設定された所
定温度に上昇すると、バルブ２４が閉じられる。エンジ
ン運転中、吸気絞り弁５は、水平方向に傾いてエンジン
吸気管２を開くものであるので、ヒータ用吸気管２１か
ら燃焼機１４内に空気が流れ、冷却水を加熱した後の低
温燃焼ガスのみが低温排気管２０を介してエンジン吸気
管２内に供給される。つまり、エンジン運転中は、低温
燃焼ガスのみがエンジン１の吸気側に供給される。

【００２１】エンジン停止中の暖房運転（燃焼機１４稼
働）の作動を、図１（ｃ）を参照して説明する。この時
も暖房が目的であるので、バルブ２４が閉じられる。エ
ンジン停止時、吸気絞り弁５は、左に傾いてエンジン吸
気管２を閉じるように設けられており、エンジン吸気管
２の内部が、上流側のヒータ用吸気管２１と、下流側の
低温排気管２０との間で遮断される。これによって、ヒ
ータ用吸気管２１から燃焼機１４内に空気が流れ、冷却
水を加熱した後の低温燃焼ガスが低温排気管２０を介し
てエンジン吸気管２内に供給される。なお、この時（エ
ンジン停止中の暖房運転）はＥＧＲバルブ９が開くよう
に設けられており、エンジン吸気管２内に供給された低
温燃焼ガスがエンジン１を迂回してエンジン排気管３に
導かれる。

【００２２】次に、本実施形態の特徴を述べる。本実施
形態によれば、エンジン１の始動時に燃焼機１４を稼働
させて、温度の高い高温燃焼ガスをエンジン１の吸気側
に供給するので、エンジン１の始動性を十分に向上させ
ることができる。特に、高温排気管１９が最もエンジン
１に近く接続されており、高温燃焼ガスの熱がエンジン
吸気管２の管壁に伝わることによって生じる熱ロスが低
減できる。この熱ロスの低減によって、エンジン１に吸
い込まれる吸気温度を素早く立ち上げることができ、エ
ンジン１の始動時間（クランキング時間）の短縮を図る
ことができる。

【００２３】また、エンジン１の始動後には、高温燃焼
ガスに代わって低温燃焼ガスをエンジン１の吸気側に供
給するので、必要以上に高温燃焼ガスをエンジン１の吸
入側に供給することを防止できるとともに、燃焼機１４
で発生した燃焼ガスの熱を冷却水に与えることができる
ため、ヒータコア１３による車室内の暖房能力を十分に
確保することができる。

【００２４】ところで、電気ヒータにて吸気を加熱する
手段が知られているが、この手段では、車両に搭載され
たバッテリ（図示せず）の能力上の制限から一般に１ｋ
Ｗ以上発熱させることは困難である。これに対して、本
実施形態の吸気加熱システムでは、電気ヒータより大き
い熱量（最大５〜６ｋＷ程度）を吸気に与えることがで
きる。

【００２５】（第２実施形態）上記の実施形態では、高
温排気管１９の排気口１９ａをエンジン吸気管２との接
続部分に開口させていたが、この第２実施形態では、図
３に示すように、高温排気管１９をエンジン吸気管２の
内部まで延ばして配設し、高温排気管１９の排気口１９
ａをエンジン吸気管２の管壁よりも内側において開口す
るようにしている。このように設けることによって、高
温燃焼ガスの熱がエンジン吸気管２の管壁に伝わること
によって生じる熱ロスを低減でき、さらなるエンジン１
の始動時間（クランキング時間）の短縮を図ることがで
きる。

【００２６】（他の実施形態）上記の実施例では、エン
ジン運転中は冷却水温度に基づいてバルブ２４を開閉制
御した例を示したが、エンジン始動時（クランキング
時）であるか否かに基づいてバルブ２４を開閉制御して
も良い。また、バイパス通路２３内の雰囲気温度が所定
温度（例えば、４５０℃）以上となった場合にバルブ２
４がバイパス通路２３を閉じるように設けても良い。こ
のような場合は、バルブ２４の駆動手段としてバイメタ
ルや形状記憶合金を用いても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】吸気加熱システムの要部模式図である（第１実
施形態）。

【図２】吸気加熱システムの模式図である（第１実施形
態）。

【図３】吸気加熱システムの要部模式図である（第２実
施形態）。

【符号の説明】 １ エンジン ２ エンジン吸気管 ３ エンジン排気管 １３ ヒータコア １４ 燃焼機 １９ 高温排気管 １９ａ 高温排気管の排気口 ２０ 低温排気管 ２１ ヒータ用吸気管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車室内を暖房するヒータコアを有するとと
   もに、燃料を燃焼させることにより前記ヒータコア内を
   循環する流体を加熱する燃焼機を備える車両に適用さ
   れ、エンジンの始動時に前記燃焼機を稼働させて前記燃
   焼機内で発生した燃焼ガスのうち、前記流体を加熱する
   前、または冷却水を加熱する途中の高温燃焼ガスをエン
   ジン吸気管内に供給することによって前記エンジンの始
   動補助を行い、前記エンジンの始動後には前記燃焼機内
   で発生した燃焼ガスのうち、前記流体を加熱した後の低
   温燃焼ガスをエンジン吸気管内に供給することによって
   前記エンジンの吸気を加熱する吸気加熱システムであっ
   て、 前記燃焼機は、 この燃焼機内で発生した燃焼ガスのうち、前記流体を加
   熱する前、または冷却水を加熱する途中の前記高温燃焼
   ガスを前記エンジン吸気管内に供給するための高温排気
   手段と、 前記燃焼機内で発生した燃焼ガスのうち、前記流体を加
   熱した後の低温燃焼ガスを前記エンジン吸気管内に供給
   するための低温排気手段と、 前記エンジン吸気管内から前記燃焼機に燃焼用の空気を
   供給するためのヒータ用吸気手段とを備え、 前記エンジン吸気管に対する前記高温排気手段、前記低
   温排気手段および前記ヒータ用吸気手段の接続順は、エ
   ンジン吸気の上流から、前記ヒータ用吸気手段、前記低
   温排気手段、前記高温排気手段の順であることを特徴と
   する吸気加熱システム。
2. 【請求項２】請求項１の吸気加熱システムにおいて、 前記高温排気手段は、前記エンジン吸気管の内部まで延
   ばして設けられた高温排気管であり、この高温排気管の
   排気口が前記エンジン吸気管の管壁よりも内側において
   開口することを特徴とする吸気加熱システム。