JP2001227353A

JP2001227353A - 燃焼式ヒータを有する内燃機関

Info

Publication number: JP2001227353A
Application number: JP2000038902A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Tabata; 正和田畑
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2000-02-16
Publication date: 2001-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】燃焼式ヒータと、ＥＧＲ装置とを設ける場
合、双方に必要な熱交換器を共有化し、スペース効率を
高め、コストを低減することを課題とする。【解決手段】内燃機関の排気系から排出される排気ガス
を内燃機関を迂回して内燃機関の吸気系に戻す排気再循
環通路を有するとともに、排気再循環通路を通過する排
気ガスを熱交換器により冷却する排気還流冷却手段を有
し、さらに、燃料を燃焼することで得られた熱により熱
交換器を介して機関関連要素を昇温する燃焼式ヒータを
有する内燃機関において、前記排気還流冷却手段の熱交
換器９ａと、前記燃焼式ヒータの熱交換器９ｂとを一体
化し、還流する排気ガスと、燃焼式ヒータの燃焼ガスと
を熱交換の熱源とした。

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、機関関連要素を昇温する燃焼式ヒータと内燃
機関の排気ガスを内燃機関の吸気系に戻してＮＯx の低
減を行ういわゆるＥＧＲ装置を備えた内燃機関に関す
る。

【０００１】

【従来の技術】近年の内燃機関は、例えば直噴ガソリン
エンジンや直噴ディーゼルエンジンのように熱効率が高
くなっており、余分に排出される熱量が少なくなってい
る。従って、内燃機関とは別に燃焼式ヒータを設け、機
関始動時にヒータコア等の機関関連要素を加熱するよう
にしている。

【０００２】一方、排気ガス中のＮＯx の低減を目的と
して排気ガスを排気系から吸気系へと戻す排気ガス再循
環装置（いわゆるＥＧＲ装置）を設けることが知られて
いる。

【０００３】このようなＥＧＲ装置として、例えば特開
平７−３１７６０８号に記載された装置が知られてい
る。この装置では、排気ガス再循環通路を通過する排気
ガスを冷却する冷却手段を有し、排気ガスを吸気系に入
る前に冷却手段によって冷却するので、吸気系に入る時
点での排気ガス温度は十分に低くなっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような燃焼式ヒー
タと、ＥＧＲ装置を共に備える場合、熱交換のための装
置として、排気ガス再循環通路の排気ガスを冷却する冷
却手段と、燃焼式ヒータとが併存することとなり、スペ
ース効率とコスト面で不利であった。

【０００５】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、燃焼式ヒータと、ＥＧＲ装置とを設ける場合、双
方に必要な熱交換器を共有化し、スペース効率を高め、
コストを低減することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は、以下の手段を採用した。すなわち、内燃
機関の排気系から排出される排気ガスを内燃機関を迂回
して内燃機関の吸気系に戻す排気再循環通路を有すると
ともに、排気再循環通路を通過する排気ガスを熱交換器
により冷却する排気還流冷却手段を有し、さらに、燃料
を燃焼することで得られた熱により熱交換器を介して機
関関連要素を昇温する燃焼式ヒータを有する内燃機関に
おいて、前記排気還流冷却手段の熱交換器と、前記燃焼
式ヒータの熱交換器とを一体化し、還流する排気ガス
と、燃焼式ヒータの燃焼ガスとを熱交換の熱源とした。

【０００７】前記排気還流冷却手段の熱交換器と、前記
燃焼式ヒータの熱交換器とを一体化し、還流する排気ガ
スと、燃焼式ヒータの燃焼ガスとを熱交換の熱源とした
ことで、熱交換器を一つにして、少スペース、省コスト
を実現できる。

【０００８】ここで、前記排気還流冷却手段の熱交換器
は、機関関連要素を加熱・冷却する熱媒体を流す熱媒体
通路を有し、前記燃焼式ヒータの熱交換器もまた、機関
関連要素を加熱・冷却する熱媒体を流す熱媒体通路を有
する。機関関連要素を加熱・冷却する熱媒体としては、
内燃機関のウォータージャケット内を流れる冷却水など
である。

【０００９】熱交換器の一体化にあたって、熱媒体を流
す熱媒体通路も共通化される。そして、前記排気還流冷
却手段の熱交換器と、前記燃焼式ヒータの熱交換器とを
一体化し、この一体化した熱交換器に、前記共通化した
熱媒体通路が通過するよう配設する。さらに、一体化し
た熱交換器内に、排気系から吸気系へと還流する排気ガ
スの少なくとも一部が通過する排気還流流通通路を設け
るとともに、燃焼式ヒータの燃焼ガスが通過する燃焼ガ
ス流通通路を設ける。

【００１０】排気還流流通通路に排気ガスが流れると
き、また、燃焼ガス流通通路に燃焼ガスが流れるとき、
前記熱媒体通路の熱媒体との間で熱交換が行われる。こ
れにより、ＥＧＲ制御を行う場合には、還流する排気ガ
スが冷却される。また、暖気運転などのために機関関連
要素を昇温する場合、燃焼ガスにより熱媒体が加熱され
る。

【００１１】また、燃焼式ヒータにおいて、燃料を燃焼
させる燃焼部周りに冷却用の熱媒体通路を設け、この燃
焼部を熱交換器と一体に形成し、燃焼部周りの冷却用の
熱媒体通路と、熱交換器の熱媒体通路とを連通させる
と、より省スペースとなる。

【００１２】さらに燃焼部周りを断熱材で遮熱すること
で、冷却用の熱媒体を熱交換器のみに流すようにすれ
ば、さらに単純な構造にすることができ信頼性が向上す
る。なお、前記排気還流冷却手段の熱交換器内に設ける
熱媒体通路と、前記燃焼式ヒータの熱交換器内に設ける
熱媒体通路とには、並列的に熱媒体（冷却水）を導入し
てもよいが、前記排気還流冷却手段の熱交換器内に設け
た熱媒体通路を通過した熱媒体を前記燃焼式ヒータの熱
交換器内に設けた熱媒体通路に導入する、あるいはそれ
とは逆に、前記燃焼式ヒータの熱交換器内に設けた熱媒
体通路を通過した熱媒体を前記排気還流冷却手段の熱交
換器内に設けた熱媒体通路に導入するようにしてもよ
い。

【００１３】直列的な具体例としては、まず、熱交換器
を形成する筐体を熱媒体通路が通過するようにし、熱交
換器内における熱媒体通路の上流側周りに、排気系から
吸気系へと還流する排気ガスの少なくとも一部が通過す
る排気還流流通通路を設けるとともに、熱交換器内にお
ける熱媒体通路の下流側周りに、燃焼式ヒータの燃焼ガ
スが通過する燃焼ガス流通通路を設けることができる。

【００１４】また、これとは逆に、熱交換器内における
熱媒体通路の上流側周りに、燃焼式ヒータの燃焼ガスが
通過する燃焼ガス流通通路を設けるとともに、熱交換器
内における熱媒体通路の下流側周りに、排気系から吸気
系へと還流する排気ガスの少なくとも一部が通過する排
気還流流通通路を設けることができる。

【００１５】前者の場合、燃焼式ヒータの燃焼ガスで熱
媒体が加熱される前に、熱媒体で排気ガスが冷却される
ので、ＥＧＲ制御のための排気ガス冷却制御は、後者よ
りも前者の方がより好適である。

【００１６】本発明で、内燃機関とは、通常のポート噴
射ガソリンエンジンだけでなく、ガソリン直噴リーンバ
ーンエンジンやディーゼルエンジンあるいはＣＮＧ(com
mpressed natural gas；圧縮天然ガス)エンジン等、排
気系における雰囲気が酸素過剰でかつ炭化水素や一酸化
炭素が少ない内燃機関も含む。

【００１７】なお、燃焼式ヒータは、内燃機関本体とは
別物として内燃機関に付属するヒータであって、内燃機
関本体のシリンダ内での燃焼に何等影響されることなく
独自の燃焼を行って燃焼ガスを排出するものである。機
関始動前から機関関連要素の温度を高める必要上、内燃
機関本体とは別途設けたものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明に係る内燃機関の実施の形
態について図１〜図９に基づいて説明する。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。
ここで、内燃機関は、多気筒の水冷式ディーゼルエンジ
ンである。

【００１９】図１に示したように、デーゼルエンジン１
には、吸気絞り２を介装した吸気管３が接続されている
とともに、エンジン１の排気ガスを排出する排気管４が
接続されている。この排気管４には、排気浄化触媒５が
接続され、この排気浄化触媒５で排気ガスを浄化して大
気へと排出する。

【００２０】さらに、排気管４から分岐して吸気管３へ
と接続され、排気ガスの一部を吸気管３へと戻す排気環
流装置としてのＥＧＲ管６が設けられており、このＥＧ
Ｒ管６の途中には排気ガスの環流量を調整するＥＧＲ制
御弁７が設けられている。

【００２１】さらに、エンジンを含む機関関連要素を昇
温させる燃焼式ヒータ８が設けられている。この燃焼式
ヒータ８は熱交換器９ａを有する。一方、前記ＥＧＲ管
６内の排気ガスを冷却するための熱交換器９ｂが設けら
れ、前記燃焼式ヒータ８の熱交換器９ａと前記ＥＧＲ管
６内の排気ガスを冷却するための熱交換器９ｂとが一体
となって設けられている。

【００２２】燃焼式ヒータ８の燃焼ガスは、熱交換器９
ａを通過してエンジン冷却水を加熱した後、排気通路１
０を介して大気中へと排出されるようになっている。次
に、図２、図３を参照して、燃焼式ヒータとその熱交換
器の概略構造を説明する。

【００２３】燃焼式ヒータは、燃焼塔１１を有し、この
燃焼塔１１内には、吸気管３ａから空気が導入されると
ともに、燃料タンクから燃料が供給され、気化されるよ
うになっている。燃料が燃料塔１１内で気化されるとと
もに空気が供給され、燃焼塔１１内で燃料が燃焼され
る。

【００２４】燃焼塔１１の周囲には、冷却水通路１２が
設けられ、この冷却水通路１２は、さらに、熱交換器９
ａ、９ｂ内の冷却水通路１３ａ、１３ｂに接続されるよ
うになっている。

【００２５】ここで、熱交換器９ａと熱交換器９ｂと
は、一体型熱交換器９として形成されている。すなわ
ち、一つの筺体９ｃ内を、ヒータ用冷却水通路１３ａを
内包するヒータ用熱交換室１４ａと、ＥＧＲ用冷却水通
路１３ｂを内包するＥＧＲ用熱交換室１４ｂとに仕切壁
９ｄで仕切り、ヒータ用熱交換室１４ａに燃焼ガスを通
過させ、ＥＧＲ用熱交換室１４ｂに排気ガスを通過させ
るようになっている。ヒータ用熱交換室１４ａを通過し
た燃焼ガスは、排気管４へ又は大気へ直接排出される
か、あるいは、吸気管３ａへと排出させることができ
る。ＥＧＲ用熱交換室１４ｂを通過した排気ガスは冷却
されて吸気管３ａへと導入される。

【００２６】図２において、燃焼塔１１の周囲の冷却水
通路１２を通過した冷却水は、ヒータ用冷却水通路１３
ａとＥＧＲ用冷却水通路１３ｂとにそれぞれ並列的に導
入される。

【００２７】図３の例は、本発明でいう、燃焼部（燃焼
塔）周りに冷却用の熱媒体通路を設け、この燃焼部を熱
交換器と一体に形成し、燃焼部周りの冷却用の熱媒体通
路と、熱交換器の熱媒体通路とを連通させた例である。

【００２８】図３では、図２における燃焼塔１１を、一
体型熱交換器９に重ねて一体としたものを示し、燃焼塔
１１の冷却水通路１２が熱交換器９の冷却水通路１３
ａ、１３ｂに直結されている。さらに、燃焼塔１１の燃
焼ガス排出路が反転してヒータ用熱交換室１４ａに燃焼
ガスが導入されるようになっている。

【００２９】図２のように熱交換器のみを一体化するだ
けでなく、燃焼塔１１をも熱交換器と一体化し、さら
に、冷却水通路が燃焼塔周りから熱交換器９ａ、９ｂを
通過するようにしたので、より省スペースとなる。

【００３０】次に、図４を参照して、より詳細な構成を
説明する。なお、前記したのと同一の構成部分は同一の
符号を付す。前記したディーゼルエンジン１は、機関冷
却水を含むウォータジャケットを有するエンジン本体１
ａと、エンジン本体１ａの複数の気筒内に燃焼に必要な
空気を送り込む吸気装置２２と、混合気が燃焼した後の
排気ガスを大気中に放出する排気装置２３と、エンジン
搭載車輌の室内を暖める暖房装置のヒータコア２４とを
有する。

【００３１】前記吸気装置２２は、吸気を濾過するエア
クリーナ２５と、このエアクリーナ２５を通過した吸気
の流量を計測するエアロフローメータ２５ａを有する。
また、吸気装置２２は、前記吸気を圧送するターボチャ
ージャのコンプレッサ２６ａと、このコンプレッサ２６
ａで圧縮される際に生じる熱で昇温された吸気を冷却す
るインタークーラ７と、このインタークーラ７を通過し
た吸気をエンジン本体１の各気筒へと送入するインテー
クマニホールド２８を有する。これらは吸気管３ａ、３
ｂで互いに接続されている。また、インタークーラ７と
エンジン本体１ａとの間には、吸気絞り２が配置されて
いる。

【００３２】前記排気装置２３は、エンジン本体１ａの
排気ポートに接続されるエキゾーストマニホールド２９
と、ターボチャージャのタービン２６ｂと、排気ガスを
浄化する排気浄化触媒５と、この触媒５に接続される図
示しないマフラーとを排気管４上に備えている。

【００３３】排気浄化触媒５として、本例ではＮＯx 触
媒５ａを上流側に、酸化触媒５ｂを下流側に備えてい
る。ＮＯx 触媒としては、選択還元型リーンＮＯx 触
媒、吸蔵還元型リーンＮＯx 触媒を例示できる。

【００３４】さらに、触媒５より上流側の排気管４ａ、
４ｂ上には、前記したターボチャージャのタービン２６
ｂが設けられている。このタービン２６ｂには、タービ
ン２６ｂに導入される排気ガスの流れを調整してタービ
ン回転数を制御する可変ノズルベーンが設けられてい
る。この可変ノズルベーンは、バキュームポンプ３１か
らの負圧をエレクトリック・バキュームレギュレーティ
ングバルブ（ＥＶＲＶ）３２で調整してアクチュエータ
３３を駆動することで可変制御される。

【００３５】次に、燃焼式ヒータ６６の詳細について、
図４，図５を参照して説明する。図４に示したように、
前記エアクリーナ２５とターボチャージャのコンプレッ
サ２６ａとを結ぶ吸気管３ａから分岐して、燃焼用空気
導入路であるヒータ用吸気管５１が設けられ、このヒー
タ用吸気管５１に燃焼式ヒータ６６が接続されている。

【００３６】この燃焼式ヒータ６６は、エンジンとは別
途に燃料を燃焼することで発生する熱で熱媒体（冷却
水）を加熱し、この熱媒体を機関関連要素として前記ヒ
ータコア２４やエンジン本体１ａを循環させ、その際生
じる熱交換によりこれら機関関連要素を加熱する。この
ため、燃焼式ヒータ６６からヒータコア２４やエンジン
本体１ａのウォータジャケットを経由して熱媒体（冷却
水）を循環させる熱媒体循環路が設けられている。

【００３７】このような熱媒体循環路として、前記燃焼
式ヒータ６６には、エンジンの冷却水を燃焼式ヒータ６
６へ導く冷却水導入通路５２と、燃焼式ヒータ８の熱交
換器９で暖められた冷却水をヒータコア２４を経由して
エンジン本体１ａへ導く冷却水排出通路５３とが接続さ
れている。

【００３８】ここで、燃焼式ヒータ６６を図５に基づい
て具体的に説明する。燃焼式ヒータ６６は、筺体９ｃの
内部に、燃焼室６１と、一体型熱交換器９ａ、９ｂとし
て機能する熱交換室１４ａ、１４ｂとを有している。

【００３９】燃焼室６１は、火炎を発生させる燃焼源と
しての燃焼塔１１を有し、この燃焼塔１１には、燃料導
入通路６２が接続され、燃料ポンプから吐出された燃料
の一部が燃焼塔１１に供給されるようになっている。さ
らに、燃焼塔１１には、前記燃料導入通路６２によって
供給された燃料を気化するための気化グロープラグ（図
示せず）と、気化燃料に着火するための点火グロープラ
グ（図示せず）とが内装されている。尚、気化グロープ
ラグと点火グロープラグとは、単一のグロープラグで兼
用されるようにしてもよい。さらに、この燃焼塔１１内
に、モータ７３により駆動されるファン７２によって燃
焼用空気導入路であるヒータ用吸気管５１から新気が供
給されるようになっている。

【００４０】燃焼式ヒータ６６では、ヒータ用吸気管５
１から流れ込んだ吸気が燃焼室６１の燃焼塔１１内に導
かれるとともに、燃料導入通路６２によって燃焼塔１１
に供給された燃料が気化グロープラグによって気化され
る。そして、前記吸気と前記気化燃料とが混合して混合
気を形成し、その混合気が燃焼塔１１内の点火グロープ
ラグによって着火されて燃焼する。

【００４１】燃焼塔１１の周囲には、前記ウォータジャ
ケットか冷却水導入通路５２を介して導入される冷却水
を流すため、熱媒体通路として、燃焼塔冷却用の冷却水
通路１２が形成されている。一方、燃焼室６１に隣接し
て、熱交換室１４ａ、１４ｂが一体に形成されている。
そして、前記冷却水通路１２に接続して、熱交換室１４
ａ、１４ｂの内部には、前記ウォータジャケットからの
冷却水を流す熱媒体通路としてのヒータ内部冷却水通路
１３ａ、１３ｂが形成されている。ヒータ内部冷却水通
路１３ａ、１３ｂは、ヒータ用冷却水通路１３ａと、Ｅ
ＧＲ用冷却水通路１３ｂとからなる。

【００４２】冷却水通路１２は、前記ウォータジャケッ
トの出口に接続された冷却水導入通路５２に接続され、
ヒータ内部冷却水通路１３ａ、１３ｂは、ウォータジャ
ケットの入口に接続された冷却水排出通路５３に連通す
る。ヒータ内部冷却水通路１３ａ、１３ｂは複数設けら
れ、各ヒータ内部冷却水通路１３ａ、１３ｂは冷却水通
路１２に対し並列的に接続され、冷却水通路１２からの
冷却水が各ヒータ内部冷却水通路１３ａ、１３ｂに並列
的に導入されるようになっている。

【００４３】前記熱交換室１４ａ、１４ｂ内において、
前記ヒータ内部冷却水通路１３ａ、１３ｂは、ラジエー
タの如く周囲の外気との接触面積を大きくするような構
造として形成されている。

【００４４】そして、ヒータ内部冷却水通路１３ａ、１
３ｂが通過する熱交換器９内は、仕切壁９ｄでヒータ用
熱交換室１４ａと、ＥＧＲ用熱交換室１４ｂとに仕切ら
れている。

【００４５】ヒータ用熱交換室１４ａは、前記燃焼室６
１に連通しており、燃焼室６１から排出される燃焼ガス
が、燃焼ガス導入路６１ａを介してヒータ用熱交換室１
４ａ内を通過するようになっている。そして、ヒータ用
熱交換室１４ａには燃焼ガス排出管６５が接続され、こ
の燃焼ガス排出管６５は排気管４ａに接続されている。
よって、ヒータ用熱交換室１４ａから排出される燃焼ガ
スは排気管４ａから大気に排出される。

【００４６】一方、ＥＧＲ用熱交換室１４ｂは、ＥＧＲ
装置において、排気系から吸気系へと還流する排気ガス
が通過する排気還流流通通路すなわちＥＧＲ管６の一部
となっている。すなわち、熱媒体通路としてのヒータ内
部冷却水通路１３ｂ周囲に、排気系から吸気系へと還流
する排気ガスの少なくとも一部が通過する排気還流流通
通路が形成されている。

【００４７】ここで、ＥＧＲ装置について説明する。エ
キゾーストマニホールド２９とターボチャージャのター
ビン２６ｂとの間の排気管４ｂ部分から分岐して、燃焼
式ヒータ６６を経由して吸気管３ａへと排気ガスを導く
排気再循環通路としてのＥＧＲ管６が設けられている。

【００４８】このＥＧＲ管６による排気環流流通通路
は、前記ＥＧＲ用熱交換室１４ｂを通過してさらにエン
ジンの吸気管３ａに接続されるが、燃焼式ヒータ６６の
ＥＧＲ用熱交換室１４ｂを通過したＥＧＲ管６の途中に
は、排気ガスの流量を調整するＥＧＲ制御弁７１が設け
られている。このＥＧＲ制御弁７１は、エレクトリック
・バキュームレギュレーティングバルブ（ＥＶＲＶ）６
３を介してバキュームポンプ３１からの負圧で駆動され
る。なお、ＥＧＲ制御弁７１を設ける箇所は、ＥＧＲ管
６と吸気管３ａの接続点であってもよい。

【００４９】前記ＥＶＲＶ６３は内燃機関制御用コンピ
ュータからなるＥＣＵ６４により機関の運転状況に応じ
てデューティ制御され、デューティ比によりバキューム
ポンプ３１からの負圧を可変して、ＥＧＲ制御弁７１の
ダイヤフラム室にかかる負圧を制御している。ＥＧＲ制
御弁７１の開弁量は負圧の大きさにより変化する。この
ＥＧＲ制御弁７１は排気ガスの流量を調整する流量調整
弁である。そして、ＥＣＵ６４およびＥＶＲＶ６３は、
内燃機関の運転状態に応じて弁の開度を調整する制御弁
調整手段を構成する。

【００５０】内燃機関の高負荷時にはＥＧＲ制御によっ
て再循環される排気ガスは低温である方が好ましい。高
温の排気ガスが吸気系に導入されると、単位体積あたり
に含まれる排気ガスの質量が小さくなって体積効率が低
下するからである。そこで、これを防止して体積効率を
向上させるため環流する排気ガスを冷却する。

【００５１】ＥＣＵ６４には、図４に示したように、内
燃機関のウォータジャケットを流れる冷却水温度ＴＨ
Ｗ、エンジン回転数ＮＥ、アクセルポジションＡｃｃ
ｐ、パーキングブレーキＰＢ等の信号などが入力され、
これら信号の値から運転状態を判定し、ＲＥＧＲ制御弁
７が制御される。次に、本実施の形態に係る内燃機関の
制御例を説明する。

【００５２】所定時間毎に繰返し冷却水温度ＴＷがＥＣ
Ｕ６４に取り込まれ、冷却水温度から機関始動直後等の
冷間時か否かが判定される。ここでは、冷却水温度ＴＷ
が例えば５０℃より高い温度であるか否かが判定され
る。冷却水温度が例えば５０℃以下のとき、冷間時であ
ると判定し、燃焼式ヒータ稼働指令が出される。これに
より、燃料が燃焼式ヒータ内で燃焼され、熱交換室１４
ａ内で、熱交換により冷却水通路１３ａを通過する冷却
水が加熱される。また、後に述べるＥＧＲの作動条件が
成立している場合には、エンジンからの排気ガスが熱交
換室１４ｂを通過し、冷却水通路１３ｂを流れる冷却水
を暖める。暖められた冷却水はヒータコア２４を経由し
てエンジン本体１ａに送られ、エンジン及びその他の機
関関連要素を暖める。

【００５３】冷却水温度ＴＷが例えば５０℃より高いと
判定されたとき、燃焼式ヒータ８の停止制御が行われ
る。燃焼式ヒータ８の停止中であっても、冷却水通路１
２、１３ａ、１３ｂには冷却水が循環しており、熱交換
室１４ｂ内の冷却水通路１３ｂを通過する冷却水によっ
て、ＥＧＲ管６内を通過して吸気管３ｂへと環流される
排気ガスが冷却される。

【００５４】ＥＧＲ制御弁７１の開度制御による排気ガ
スの流量制御量は、図６に示したように、燃料噴射量と
エンジン回転数から決定されるＥＧＲｄｕｔｙマップか
ら算出される。これは、公知のＥＧＲ制御に使用される
ものと同様である。この結果、図７に示したように、Ｅ
ＧＲｄｕｔｙが大きくなると、ＥＶＲＶ６３が大きく開
き、制御弁７１に加わる負圧も大きくなってＥＧＲ制御
弁７１が大きく開き、排気ガスの流量すなわちＥＧＲ％
が大きくなる。

【００５５】ＥＧＲ制御弁７１は、例えば内燃機関が低
速時または中速時等の中低負荷域にあって機関温度が上
昇した場合に開き、ＥＧＲ管６を通じて排気系から吸気
系に排気ガスを戻す。なお、ＥＧＲ装置は、高負荷運転
域、減速時には作動しない。高負荷運転時にＥＧＲ制御
弁７１を開くと排気管４における排気圧が低下し、ター
ビン６ｂの回転が低下することになったり、黒煙発生の
原因となる。

【００５６】ＥＧＲ制御弁７１の制御は、ＥＣＵ６４に
より図８に示すようなルーチンを実行することによって
実現される。この制御ルーチンは、所定時間毎に繰り返
し実行されるルーチンである。

【００５７】先ずＳ１０１で初期化が行われ、Ｓ１０２
エンジン回転数ＮＥや内燃機関を流れる冷却水温度等が
ＥＣＵ６４に取り込まれる。次いで、Ｓ１０３におい
て、燃料噴射量がＥＣＵ６４に取り込まれる。さらに、
Ｓ１０４で、エンジン回転数×燃料噴射量で決定される
２次元マップから、ＥＶＲＶ６３の制御デューティ比が
決定される。ＥＶＲＶ６３の制御デューティ比が決定さ
れると、その値に基づきＥＶＲＶ６３が制御されること
で、ＥＧＲ制御弁８３の開度が決定され、従ってＳ１０
５でＥＧＲ％すなわち燃焼ガス比が決定される。

【００５８】なお、ＥＧＲ制御を行うべきではないと
き、ＥＧＲ制御弁７１が閉ざされ、排気ガスは、吸気管
３ｂには導入されない。図４の例において、ヒータ用熱
交換室に接続された燃焼ガス排出管６５を排気管４ａで
はなく吸気管３ｂに接続し、燃焼ガスをエンジン本体１
ａ内へと流入するようにしてもよい。

【００５９】図２、図３、図４において、冷却水の流れ
る方向と、排気ガス又は燃焼ガスの流れる方向は同一方
向としたが、これを逆にしてもよい。また、冷却水の流
れる方向と排気ガスの流れる方向を同一とし、燃焼ガス
の流れる方向を逆としたり、冷却水の流れる方向と燃焼
ガスの流れる方向を同一とし、排気ガスの流れる方向を
逆としてもよい。＜他の例＞図９に、燃焼式ヒータ８の燃焼室と熱交換室
１４ａとを接続する燃焼ガス導入路６１ａと、熱交換室
１４ｂの下流側のＥＧＲ管６との間を連結する連通路６
１ｂを設けるとともに、この連通路６１ｂに開閉弁７４
を設けた例を示す。

【００６０】パーキングヒータ時、すなわちエンジン停
止、燃焼式ヒータのみ稼動中の運転状態において、ＥＧ
Ｒ制御弁７１を閉じ、開閉弁７４を開く。これにより、
燃焼式ヒータ８の燃焼ガスが、熱交換器９ａの熱交換室
１４ａだけでなく熱交換器９ｂの熱交換室１４ｂ内にも
導入されるので、冷却水通路１３ａ、１３ｂを流れる冷
却水がより効果的に暖められ、機関関連要素の昇温がよ
り効果的となる。

【００６１】なお、この開閉弁７４は電磁弁として、Ｅ
ＣＵからの指令によりパーキングヒータ時である場合に
開かれるようにする。

【００６２】

【発明の効果】本発明では、排気還流冷却手段の熱交換
器と燃焼式ヒータの熱交換器とを一体化したので、熱媒
体通路の一部省略化、熱交換器の筺体の小形化等を実現
できるとともに、車体内での配置スペースを省くことが
でき、低コストを実現できるなどの多くのメリットを有
する。

【００６３】また、燃焼式ヒータの燃焼部周りに冷却用
の熱媒体通路を設け、この燃焼部を前記熱交換器と一体
に形成するようにした場合、さらに省スペースを図るこ
とができる。

【００６４】また、パーキングヒータ時などの所定の運
転条件のとき、燃焼式ヒータの燃焼部から出る燃焼ガス
を、燃焼式ヒータの熱交換器のみならず、前記排気還流
冷却手段の熱交換器に導入する手段を備えるならば、燃
焼ガスの熱をより効率的に熱媒体に伝達でき、高効率の
熱交換器とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関
の実施形態の概略構成図

【図２】燃焼式ヒータの燃焼塔と一体型熱交換器とを
示した図

【図３】燃焼式ヒータの燃焼部と熱交換器とを一体に
した場合の図

【図４】本発明の燃焼式ヒータを有する内燃機関のよ
り具体的な構成を示した概略図（並列型）

【図５】燃焼式ヒータの具体的構成図

【図６】燃料噴射量とエンジン回転数から決定される
ＥＧＲｄｕｔｙマップ

【図７】ＥＧＲｄｕｔｙとＥＧＲ％との関係を示すグ
ラフ図

【図８】ＥＧＲ制御ルーチンを示す図

【図９】他の例を示した概略構成図

【図１０】本発明の燃焼式ヒータを有する内燃機関のよ
り具体的な構成を示した概略図（直列型）

【符号の説明】

１ …デーゼルエンジン１ａ…エンジン本体２ …吸気絞り３ａ、３ｂ…吸気管４ａ、４ｂ …排気管５…触媒５ａ…ＮＯx 触媒５ｂ…酸化触媒６ …排気環流装置としてのＥＧＲ管（排気還流流通通
路）７ …インタークーラー８ …燃焼式ヒータ（燃焼器）９ａ…ヒータ用熱交換器９ｂ…ＥＧＲ用熱交換器９ｃ…筺体９ｄ…仕切壁１０…排気通路１１…燃焼塔（燃焼部）１２…燃焼塔の冷却水通路１３ａ…ヒータ用冷却水通路（ヒータ内部冷却水通路）１３ｂ…ＥＧＲ用冷却水通路（ヒータ内部冷却水通路）１４ａ…ヒータ用熱交換室１４ｂ…ＥＧＲ用熱交換室２２…吸気装置２３…排気装置２４…ヒータコア２５…エアクリーナ２５ａ…エアロフローメータ２６ａ…ターボチャージャのコンプレッサ２６ｂ…ターボチャージャのタービン２８…インテークマニホールド２９…エキゾーストマニホールド３１…バキュームポンプ３２…エレクトリック・バキュームレギュレーティング
バルブ（ＥＶＲＶ）３３…アクチュエータ５１…ヒータ用吸気管５２…冷却水導入通路５３…冷却水排出通路６１…燃焼室６１ａ…燃焼ガス導入路６１ｂ…連通路６２…燃料導入通路６３…エレクトリック・バキュームレギュレーティング
バルブ（ＥＶＲＶ）６４…内燃機関制御用コンピュータ（ＥＣＵ）６５…燃焼ガス排出管６６…ヒータ、ＥＧＲ冷却装置一体型燃焼式ヒータ７１…ＥＧＲ制御弁７２…ファン７３…モータ７４…開閉弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気系から排出される排気ガ
スを内燃機関を迂回して内燃機関の吸気系に戻す排気再
循環通路を有するとともに、排気再循環通路を通過する
排気ガスを熱交換器により冷却する排気還流冷却手段を
有し、さらに、燃料を燃焼することで得られた熱により
熱交換器を介して機関関連要素を昇温する燃焼式ヒータ
を有する内燃機関において、前記排気還流冷却手段の熱交換器と、前記燃焼式ヒータ
の熱交換器とを一体化し、還流する排気ガスと、燃焼式
ヒータの燃焼ガスとを熱交換の熱源としたことを特徴と
する燃焼用ヒータを有する内燃機関。
【請求項２】前記排気還流冷却手段の熱交換器は、機
関関連要素を加熱・冷却する熱媒体を流す熱媒体通路を
有し、前記燃焼式ヒータの熱交換器もまた、機関関連要素を加
熱・冷却する熱媒体を流す熱媒体通路を有し、前記排気還流冷却手段の熱交換器と、前記燃焼式ヒータ
の熱交換器とを一体化し、この一体化した熱交換器に、
前記機関関連要素を加熱・冷却する熱媒体を流す熱媒体
通路が通過するよう配設し、かつ、一体化した熱交換器内に、排気系から吸気系へと
還流する排気ガスの少なくとも一部が通過する排気還流
流通通路を設けるとともに、燃焼式ヒータの燃焼ガスが
通過する燃焼ガス流通通路を設け、排気還流流通通路の排気ガス及び／又は燃焼ガス流通通
路の燃焼ガスと、前記熱媒体通路の熱媒体との間で熱交
換を行うことを特徴とする請求項１記載の燃焼用ヒータ
を有する内燃機関。
【請求項３】燃焼式ヒータは、燃料を燃焼させる燃焼
部を有するとともに、この燃焼部周りに冷却用の熱媒体
通路を設け、この燃焼部を熱交換器と一体に形成し、燃焼部周りの冷
却用の熱媒体通路と、熱交換器の熱媒体通路とを連通さ
せたことを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼用
ヒータを有する内燃機関。
【請求項４】所定の運転条件のとき、燃焼式ヒータの
燃焼部から出る燃焼ガスを、燃焼式ヒータの熱交換器の
みならず、前記排気還流冷却手段の熱交換器に導入する
手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれ
かに記載の燃焼用ヒータを有する内燃機関。
【請求項５】燃焼式ヒータは、燃料を燃焼させる燃焼
部を有するとともに、この燃焼部から排出される燃焼ガ
スを燃焼式ヒータの熱交換器に導入する燃焼ガス導入路
を有し、排気管側を上流側とし吸気管側を下流側としたときに、
排気管側から吸気管側に排気ガスを環流する前記排気還
流冷却手段の熱交換器の下流側に前記燃焼ガス導入路を
接続する連通路を設けるとともに、この連通路に開閉弁
を設け、所定の運転条件のとき、この開閉弁を開いて、燃焼式ヒ
ータの燃焼部から出る燃焼ガスを燃焼式ヒータの熱交換
器のみならず、前記排気還流冷却手段の熱交換器に導入
することを特徴とする請求項４に記載の燃焼用ヒータを
有する内燃機関。
【請求項６】前記排気還流冷却手段の熱交換器内に設
ける熱媒体通路と、前記燃焼式ヒータの熱交換器内に設
ける熱媒体通路とには、並列的に熱媒体を導入すること
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃焼用ヒ
ータを有する内燃機関。
【請求項７】前記排気還流冷却手段の熱交換器内に設
ける熱媒体通路と、前記燃焼式ヒータの熱交換器内に設
ける熱媒体通路とには、直列的に熱媒体を導入すること
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃焼用ヒ
ータを有する内燃機関。
【請求項８】熱交換器内における熱媒体通路の上流側
周りに、排気系から吸気系へと還流する排気ガスの少な
くとも一部が通過する排気還流流通通路を設けるととも
に、熱交換器内における熱媒体通路の下流側周りに、燃
焼式ヒータの燃焼ガスが通過する燃焼ガス流通通路を設
けることを特徴とする請求項７記載の燃焼用ヒータを有
する内燃機関。
【請求項９】熱交換器内における熱媒体通路の上流側
周りに、燃焼式ヒータの燃焼ガスが通過する燃焼ガス流
通通路を設けるとともに、熱交換器内における熱媒体通
路の下流側周りに、排気系から吸気系へと還流する排気
ガスの少なくとも一部が通過する排気還流流通通路を設
けることを特徴とする請求項７記載の燃焼用ヒータを有
する内燃機関。