JP2002054515A - 燃焼式ヒータを有する内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】燃焼後の排ガスを吸気通路に導入する燃焼式ヒ
ータを有する内燃機関において、吸入空気の温度が高い
ときは、燃焼式ヒータの排ガス量を減少させて気筒内の
空燃比が過剰リッチとなることを防ぎ、排ガス中のスモ
ークの発生を抑制する。 【解決手段】内燃機関が吸入する空気の温度、もしくは
これに関係する値を検出する吸入空気温度検出手段と、
この吸入空気温度検出手段で検出した吸入空気温度、も
しくはこれに関係する値に応じて前記燃焼式ヒータ９１
が排出する排ガcス量を変更する排ガス量変更手段と、
を具備する。吸入空気の温度を測定し、この温度が高け
れば燃焼式ヒータ９１の燃焼を抑えて、内燃機関の吸気
系に導入される排ガス量を少なくすることで、気筒内の
空燃比をスモーク発生の許容限界値以下に維持する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼式ヒータを有
する内燃機関に関し、詳しくは、機関関連要素を昇温さ
せて内燃機関の低温始動性の向上、暖機促進、室内暖房
装置の性能向上、排気浄化装置の暖機促進等を図る燃焼
式ヒータを有する内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車輌に搭載するディーゼルエ
ンジンやリーンバーンエンジンその他の希薄燃焼式エン
ジンは、通常のガソリンエンジンに比べて発熱量が少な
い。そこで、希薄燃焼式エンジンには、特に寒冷時にお
ける暖機促進や車室内暖房装置の性能向上等を目的とし
て燃焼式ヒータが備えられる場合がある。

【０００３】例えば、特開昭６３−７１４２号公報で開
示されている燃焼式ヒータは、燃料の燃焼を行う燃焼室
と、燃焼室から出る燃焼ガスを排出する燃焼ガス排出管
と、燃焼時に出る燃焼熱を吸収する熱媒体と、この熱媒
体を流通させる通路であって前記燃焼室を包囲する熱媒
体通路と、を有している。

【０００４】このような燃焼式ヒータにあっては、熱媒
体が熱媒体通路を流通する間に熱媒体に燃焼熱が伝わっ
て熱媒体の温度を高めることになる。すなわち、熱媒体
通路において熱媒体と燃焼熱との間で熱交換が行われ
る。このような熱交換が行われたことによって高温にな
った熱媒体は、例えば機関本体のウォータジャケットや
ヒータコアその他の必要箇所に送られ、これら必要箇所
を昇温する。

【０００５】また燃焼式ヒータの燃焼ガスを、前記燃焼
ガス排出管を介して内燃機関の排気通路に導入すること
で機関排気系を構成する排気系構造物である、例えば、
触媒コンバータを暖めて、その機能性を高めたり、ある
いは前記燃焼ガスを機関吸気通路に導入することでエン
ジンの始動補助及び機関暖機を促進するなどの技術が知
られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、燃焼式ヒータ
の燃焼ガスを吸気通路に導入すると、その導入がされな
い状態に比べて、内燃機関の気筒内に入る新気の量が燃
焼式ヒータで燃焼した分だけ減少してしまう。

【０００７】また、エンジンの吸入空気温度（外気温
度）が高くなると、エンジン吸気の密度が小さくなりエ
ンジン吸入空気質量が減少する。したがって燃焼式ヒー
タの排ガス量が一定であり、この排ガスがエンジンの吸
気系に導入されるとすれば、吸入空気温度が上昇するに
従いエンジンの吸入新気量が減り、内燃機関に供給され
る混合気の空燃比が小さくなる（これは燃料が濃い状態
であり、以下、リッチと称する）。

【０００８】一般に、内燃機関に供給する燃料の空燃比
がリッチの場合には、燃料が燃焼しきれず未燃燃料が炭
化してしまい排気煙（以下、スモークとする）となって
排出されることがある。

【０００９】このように、内燃機関への燃料噴射量が多
い高負荷域において内燃機関の気筒内空燃比がリッチに
なると、排ガス中のスモーク割合であるスモークレベル
が許容限界値を超えて、スモークが発生する虞れが生じ
る。

【００１０】図４は、燃焼式ヒータの排気吸入時におけ
る気筒内空燃比の変化例を示している。この例では燃焼
式ヒータが燃焼している場合（図中、燃焼式ヒータ OF
F）は、これが燃焼していない場合（図中、燃焼式ヒー
タ ON）に比較し、気筒内の空燃比(A/F)が高負荷領域
（８０トルクＮｍ以上）でリッチ（空燃比２０以下）と
なり、スモークレベルに達することがわかる。

【００１１】また図４に示すように、燃焼式ヒータと排
気再循環（以下、ＥＧＲとする）の併用時（図中、EG
R）には、内燃機関に吸入される新気の量がさらにＥＧ
Ｒを実施した分減少するので、内燃機関の気筒内空燃比
が小さくなり、スモークレベルが許容限界値を超える問
題が発生し易くなる。

【００１２】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであって、本発明が解決しようとする課題
は、燃焼後の排ガスを吸気通路に導入する燃焼式ヒータ
を有する内燃機関において、吸入空気の温度が高いとき
は、燃焼式ヒータの排ガス量を減少させて気筒内の空燃
比が過剰リッチとなることを防ぎ、排ガス中のスモーク
の発生を抑制することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。すなわち、内燃機
関の吸気通路から燃焼用空気を導入して燃料と混合し、
その混合気を燃焼室で燃焼させることで生じた燃焼ガス
が持つ熱を利用して機関関連要素を昇温し、燃焼後の排
ガスを前記吸気通路に導入する燃焼式ヒータを有する内
燃機関において、前記内燃機関が吸入する空気の温度、
もしくはこれに関係する値を検出する吸入空気温度検出
手段と、前記吸入空気温度検出手段で検出した吸入空気
温度、もしくはこれに関係する値に応じて前記燃焼式ヒ
ータが排出する排ガス量を変更する排ガス量変更手段
と、を具備することを特徴とする。

【００１４】内燃機関が吸入する空気の温度、もしくは
これに関係する値とは、内燃機関の吸入空気温度の他、
外気温度等の吸入空気温度に準じ、吸入空気温度に対し
てこれを代用できる温度の値をいう。

【００１５】通常、スモークの発生レベルと内燃機関の
気筒内空燃比との間には一意の関係があり、この空燃比
が限界値よりもリッチになるとスモークレベルが許容限
界値を超える。

【００１６】一方、燃焼式ヒータの排ガスを内燃機関の
吸気系に導入すると、その分新気の吸気量が減少する。
さらに吸入新気の温度が高いときは、内燃機関へ供給さ
れる空気の密度が小さくなるので空気量が減り、気筒内
の空燃比がリッチになり易い。

【００１７】そこで吸入空気の温度を測定し、この温度
が高ければ燃焼式ヒータの燃焼を抑えて、内燃機関の吸
気系に導入される排ガス量を少なくすることで、気筒内
の空燃比をスモーク発生の許容限界値以下に維持するよ
うにした。その結果、高負荷域において気筒内空燃比が
リッチになりすぎ、スモーク発生の許容限界値を超える
ことが抑制される。

【００１８】前記排ガス量は、通常、燃焼式ヒータに空
気を送り込む送風ファンの回転数による単位時間あたり
の送風容量から、燃焼式ヒータに送り込まれる空気の体
積流量の値が求められる。この値から燃焼式ヒータから
排出されて、吸気通路に導入される排ガス量が決定す
る。

【００１９】本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機
関では、前記排ガス量変更手段は、前記燃焼式ヒータが
排出する排ガス量の上限値を設定する排ガス量上限設定
手段を具備することができる。すなわち、内燃機関の吸
入空気温度等に応じて、内燃機関の吸気系に導入される
排ガス量に対してスモーク発生の許容限界値である最大
値によるガードをかけて、空燃比がリッチになることを
抑制する。

【００２０】また前記排ガス量変更手段は、少なくとも
前記燃焼式ヒータの燃料消費量に基づいて前記排ガス量
を変更することが可能である。すなわち燃焼式ヒータに
供給された単位時間あたりの燃料量、例えば燃焼式ヒー
タに燃料を供給するための燃料ポンプによる燃料の吐出
量（ポンプ作動デューティ比）の値を基に、排ガス量を
決定することもできる。これは燃焼式ヒータに供給され
る燃料量（燃料消費量）に基づいて、前記送風ファンの
回転数が決定され、燃焼式ヒータに供給される空気の体
積流量が定まる。このような排ガス量と燃料消費量の関
係から、燃焼式ヒータの排ガス量として、その燃料消費
量を用いることができる。

【００２１】なお、本発明では燃焼式ヒータにおいて燃
焼させる燃焼用ガスを、空気、酸素を含む混合ガス、燃
料及び酸素を含む混合ガス、ＬＰＧ（Liquified Petrol
eumGas）、ＣＮＧ（Compressed Natural Gas、圧縮天然
ガス）等とすることができる。

【００２２】前記燃焼用ヒータの燃焼用空気は、内燃機
関の吸気通路から導入されるものに限られない。また燃
焼式ヒータは、機関関連要素を昇温する場合以外、他の
目的に利用する場合、例えば車室内の暖房等の他の用途
に使用されるものを含む。

【００２３】本発明によれば、内燃機関への燃料供給量
を減らすことなく、吸気系に導入される燃焼式ヒータか
らの排ガス量を調整することで過剰リッチを防止するの
で、内燃機関の出力を犠牲にすることがない。

【００２４】また暖気された排ガスが内燃機関に入るの
で、排気循環による場合に比べ内燃機関を不必要に冷却
しない利点がある。さらに吸入空気温度がきわめて低
く、車室内の暖房が特に必要なときは吸入空気の質量が
大きく燃焼式ヒータからの排ガス量を調整するため、燃
焼式ヒータの燃焼を制限する必要性は殆どなく、暖房性
能の確保とスモーク発生の抑制の両立が可能である。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る燃焼式ヒータ
を有する内燃機関の実施の形態について図面を参照して
説明する。

【００２６】内燃機関としてのエンジン１は、ディーゼ
ルエンジンである。このエンジン１は、ガソリン直噴リ
ーンバーンエンジン等の希薄燃焼式のエンジンとするこ
とができる。

【００２７】エンジン１は、図１にその全体構造を概略
示すように、機関冷却水を含む図示しないウォータジャ
ケットを備えたエンジン本体３と、このエンジン本体３
の図示しない複数の気筒内に燃焼に必要な空気を送り込
む吸気装置５を備える。またこの吸気装置５を経て前記
気筒に送られる空気と、気筒内に噴射供給される機関燃
料とからなる混合気が燃焼室で燃焼後、気筒から出る排
ガスを大気中に放出する排気装置７が設けられている。
さらにこの排気装置７から吸気装置５に向けて排ガスを
再循環させることで窒素酸化物の発生を抑制する排気再
循環装置としてのＥＧＲ装置８が設けられている。

【００２８】一方、エンジン１とは別に燃料を燃焼させ
て、その際に発生する燃焼ガスの熱により機関関連要素
を昇温する燃焼式ヒータ９１と、エンジン搭載車輌の室
内温度を高める車室内暖房装置であるヒータコア１０
と、エンジン全体を制御するエンジン制御装置であるＥ
ＣＵ１１がそれぞれ配設されている。

【００２９】前記吸気装置５は、外気をろ過するエアク
リーナ１３を始端としエンジン本体３の図示しない吸気
ポートを終端とする吸気通路１４を有する。吸気通路１
４には、前記エアクリーナ１３と前記吸気ポートとの間
に、ターボチャージャ（過給機）１５のコンプレッサ１
５ａと、このコンプレッサ１５ａを作動した場合に生ず
る圧縮熱により昇温した吸気温を冷却するインタークー
ラ１９と、吸入分岐管であるインテークマニホールド２
２とを順次配置してある。

【００３０】また前記インタークーラ１９とインテーク
マニホールド２２との間には、吸気通路１４を流れる吸
気の量を制御する吸気絞り弁５１を設置してある。前記
燃焼式ヒータ９１は、前記吸気通路１４においてインタ
ークーラ１９と吸気絞り弁５１との間に取り付けられて
いる。

【００３１】他方、前記排気装置７は、エンジン本体３
の図示しない排気ポートを始端とし図示しないマフラを
終端とする排気通路４２を有する。この排気通路４２に
は、前記排気ポートと前記マフラとの間に、排気分岐管
であるエキゾーストマニホールド２８、ターボチャージ
ャのタービン１５ｂ、排ガス浄化装置であるＨＣ吸着剤
３８及び触媒コンバータ３９を順次配置してある。

【００３２】前記ＨＣ吸着剤３８は、吸着剤温度がＨＣ
脱離温度に達するまでは炭化水素（ＨＣ）を吸着し、前
記ＨＣ脱離温度に達すると吸着したＨＣを脱離する性質
を有するものであり、例えばゼオライトなどの多孔体で
構成することができる。この場合のＨＣ脱離温度は、Ｈ
Ｃ吸着剤３８の構成によって異なる。

【００３３】前記触媒コンバータ３９には、選択還元型
ＮＯx触媒あるいは吸蔵還元型ＮＯx触媒などのＮＯx触
媒が収容されている。前記ＥＧＲ装置８は、吸気通路１
４と排気通路４２とを連通させてしエンジン本体３をバ
イパスするとともに排気ポートから出た排ガスを吸気側
に向けて戻すＥＧＲ通路８１と、このＥＧＲ通路８１を
流れる排ガスの量を制御するＥＧＲ弁３０とを有する。
前記ＥＧＲ通路８１は前記吸気絞り弁５１の下流の吸気
通路１４に接続されている。

【００３４】ところで前記燃焼式ヒータ９１は、エンジ
ン１で用いる燃料と同じ燃料を燃焼して発生する燃焼ガ
スを吸気通路１４に導入することで、燃焼ガスが有する
熱を利用して吸気装置５を流れる吸気を昇温することが
できるヒータである。

【００３５】燃焼式ヒータ９１は外気温度が低い時、例
えば５℃より低いときに燃焼させ、車室内暖房や機関関
連要素を昇温させるため、または燃焼ガスをエンジン１
の吸気系に導入して吸気温度を高める等の目的に使用さ
れる。

【００３６】図３に示すように燃焼式ヒータの最大燃焼
量は外気温度により変化し、ここではマイナス１５℃以
下では、最大６ｋＷの燃焼量、マイナス１５℃を超えて
５℃未満は４ｋＷの燃焼量で稼働する。一方、外気温度
が５℃以上になると燃焼式ヒータ９１での燃焼は行われ
ない。

【００３７】このような燃焼式ヒータ９１によって昇温
された吸気は、燃焼ガスを含んだ状態で前記気筒に向け
て吸気通路１４を流れる。また燃焼式ヒータ９１は、前
記燃焼ガスが有する熱で機関冷却水を暖めるようになっ
ており、暖められた機関冷却水は、ヒータコア１０やエ
ンジン本体３等の昇温の必要な箇所に送られ、当該昇温
必要箇所の温度を高める（図面ではヒータコア１０とエ
ンジン本体３のみ昇温必要箇所として示す。）。そして
前記昇温必要箇所に燃焼式ヒータ９１で暖めた機関冷却
水を送れるように、エンジン１には熱媒体循環路Ｗを設
けてある。

【００３８】この熱媒体循環路Ｗは、エンジン本体３と
燃焼式ヒータ９１とを結びエンジン本体３のウォータジ
ャケットから燃焼式ヒータ９１に機関冷却水を導く冷却
水導入路Ｗ1と、燃焼式ヒータ９１で暖められた機関冷
却水をヒータコア１０に導く冷却水排出路Ｗ2と、ヒー
タコア１０から出てきた機関冷却水をエンジン本体３の
ウォータジャケットに戻す冷却水排出路Ｗ3とを有す
る。

【００３９】また冷却水導入路Ｗ1には電動ウォータポ
ンプ５０を設けてあり、図示しないエンジン内蔵のウォ
ータポンプによる冷却水の循環に加え、この電動ウォー
タポンプ５０が作動することによって前記熱媒体循環路
Ｗ内を機関冷却水が循環することが促進される。

【００４０】ここで燃焼式ヒータ９１の具体的な構成に
ついて、図１と図２を参照しながら説明する。燃焼式ヒ
ータ９１は、その内部に前記冷却水導入路Ｗ1と前記冷
却水排出路Ｗ2とに連通して、熱媒体循環路Ｗの一部と
なっているヒータ内部冷却水通路３７を備えている。こ
のヒータ内部冷却水通路３７は、前記冷却水導入路Ｗ1
と接続する冷却水導入口３７ａと、前記冷却水排出路Ｗ
2と接続する冷却水排出口３７ｂとを有する。またヒー
タ内部冷却水通路３７は、燃焼式ヒータ９１の燃焼室４
８の周りを巡回するように形成してある。

【００４１】前記燃焼室４８は、火炎Ｆを発生させる燃
焼源としての燃焼筒４０と、燃焼筒４０を覆うことで火
炎Ｆが外部に漏れないようにするカップ形状の隔壁４１
とからなる。燃焼筒４０を隔壁４１で覆うことにより、
燃焼室４８が隔壁４１内に画される。そして、前記隔壁
４１も燃焼式ヒータ９１の外壁４３で覆われている。

【００４２】また隔壁４１と外壁４３との間には環状の
隙間を設けてあり、この隙間が前記ヒータ内部冷却水通
路３７として機能する。このヒータ内部冷却水通路３７
内を機関冷却水が流れる間に、機関冷却水は燃焼室４８
から受熱する。つまり機関冷却水は、燃焼室４８内の高
熱な燃焼ガスとの間で熱交換をして昇温することにな
る。

【００４３】さらに燃焼室４８は、燃焼室４８に対して
空気の出入りを行う空気流通口を有する。すなわち燃焼
室４８は、空気流通口として、燃焼室４８に燃焼用空気
を入れる空気供給口６２と、燃焼ガスを燃焼室４８から
排出する燃焼ガス排出口６３とが設けられている。空気
供給口６２は、燃焼室４８において火炎Ｆが燃焼筒４０
から出る側と反対側に位置し、他方、燃焼ガス排出口６
３は、燃焼室４８において燃焼筒４０の基端部近傍に設
けてある。また燃焼ガス排出口６３は、燃焼式ヒータ９
１の長手方向に並行に延びる連結管７４に連結されてい
る。

【００４４】これら空気供給口６２および燃焼ガス排出
口６３は、いずれも吸気通路１４に通じている。すなわ
ち空気供給口６２は、吸気通路１４から燃焼式ヒータ９
１に燃焼用空気を供給する空気供給管（空気供給路）７
１を介して、吸気通路１４と通じており、燃焼ガス排出
口６３は、連結管７４、及び燃焼ガスを燃焼式ヒータ９
１から吸気通路１４に排出する燃焼ガス排出管７３を介
して、吸気通路１４と通じている。

【００４５】なお、空気供給管７１と吸気通路１４との
接続箇所Ｃ１と、燃焼ガス排出管７３と吸気通路１４と
の接続箇所Ｃ２とは近接しており、接続箇所Ｃ２の方が
Ｃ１よりも下流にある。また、接続箇所Ｃ１およびＣ２
は共に前記吸気絞り弁５１よりも上流でかつインターク
ーラ１９よりも下流に位置する。

【００４６】一方、前記燃焼筒４０には、図１に示すよ
うに燃焼筒４０に外部から燃料を導入する燃料導入通路
８８を接続してある。この燃料導入通路８８は燃料ポン
プ８９と接続され、この燃料ポンプ８９のポンプ圧を受
けて燃料導入通路８８から燃焼筒４０に燃料が吐出す
る。

【００４７】さらに燃焼筒４０は、燃料導入通路８８に
よって供給された燃料に着火するグロープラグ（図示せ
ず）を有する。また燃焼式ヒータ９１の前記外壁４３に
は、燃焼筒４０のうち火炎Ｆの出る側と反対側に、駆動
源としてのモータ９２を有する送風用の回転ファン９０
を内包したハウジング９３を取付けてある。

【００４８】このハウジング９３は、外部から空気を取
り入れるための空気取入口９５を有し、この空気取入口
９５に前記空気供給管７１を接続してある。またハウジ
ング９３は、その内部空間Ｓが前記空気供給口６２と通
じている。よって空気供給口６２は、内部空間Ｓを介し
て間接的に空気供給管７１に接続されている。

【００４９】上記のような構成の燃焼式ヒータ９１で
は、モータ９２の駆動により回転ファン９０を回転させ
ると、空気供給管７１を経由して前記吸気通路１４から
ハウジング９３内に空気が導入される。このハウジング
９３に導かれた空気は、前記内部空間Ｓを経て、前記空
気供給口６２から燃焼筒４０に燃焼用空気として供給さ
れる。この燃焼用空気によって燃料を燃焼した後の燃焼
ガスは、その後、燃焼式ヒータ９１から燃焼ガス排出管
７３を経由して、上述のように吸気通路１４に導入され
る。吸気通路１４に導入される燃焼ガスの量、すなわち
燃焼筒４０に導入される空気の量は、前記回転ファン９
０のファン回転数によって決まる。この場合、ファン回
転数が多いほど風量が多くなり、ファン回転数に比例し
た量の空気が燃焼筒４０に導入され、燃焼後に燃焼ガス
となって燃焼式ヒータ９１から排出される。

【００５０】一方、前記ＥＣＵ１１は、双方向性バスに
よって相互に接続された、中央処理制御装置ＣＰＵ、読
み出し専用メモリＲＯＭ、ランダムアクセスメモリＲＡ
Ｍ、入力インタフェース回路、出力インタフェース回路
等から構成されている。そして、前記入力インタフェー
ス回路には各種のセンサが電気配線を介して接続され、
前記出力インタフェース回路には、ＥＧＲ弁３０、電動
ウォータポンプ５０、燃焼筒４０のグロープラグ、燃料
ポンプ８９、モータ９２等が電気配線を介して接続され
ている。

【００５１】前記入力インタフェース回路に接続される
センサとしては、吸気通路１４に取り付けられた吸入空
気温度を計測する吸気温センサ９７の他、図示していな
いものとして、触媒コンバータ３９に取り付けられる触
媒温度センサ、ウォータジャケットに含まれる冷却水の
温度を検出する水温センサ，アクセルペダルもしくはア
クセルペダルと連動して動作するアクセルレバー等に取
り付けられたアクセルポジションセンサ、イグニッショ
ンスイッチ、スタータスイッチ等を例示できる。これら
センサは、検出した検出値に相当する電気信号を出力し
てＥＣＵ１１に送る。

【００５２】なお、例示したこれらの各種センサの出力
信号値に基づいて、ＥＣＵ１１がエンジン１の運転状態
を判定し、エンジン１に供給する燃料の必要量を予め実
験により求めた燃料マップにより算出する。

【００５３】次に燃焼式ヒータ９１の作動について説明
する。ＥＣＵ１１は、燃焼式ヒータ９１の使用時にはモ
ータ９２を駆動して回転ファン９０を回転させることに
より、吸気通路１４を流れる吸気の一部を空気供給管７
１を介して燃焼式ヒータ９１の燃焼筒４０へ導入する。
回転ファン９０の回転数は、ＥＣＵ１１によりモータ９
２を制御することで決まる。

【００５４】また、前記燃料ポンプ８９を作動して燃料
を燃料導入通路８８から燃焼筒４０へ吐出する。更に電
動ウォータポンプ５０を作動することでエンジン１のウ
ォータジャケット内の機関冷却水を燃焼式ヒータ９１の
ヒータ内部冷却水通路３７へ圧送する。

【００５５】続いて、燃焼筒４０のグロープラグに通電
され、回転ファン９０によって燃焼筒４０に供給された
吸気と燃料導入通路８８から燃焼筒４０に供給された燃
料とからなる混合気が、前記グロープラグによって着火
され、燃焼筒４０内で火炎Ｆを生じて燃焼が開始する。

【００５６】燃焼によって生じた高温の燃焼ガスは、回
転ファン９０が回転することで生ずる気流によって燃焼
室４８を燃焼ガス排出口６３へ向けて流れ、さらに連結
管７４を通って燃焼ガス排出管７３に排出される（図２
の実線矢印ａ3参照）。

【００５７】一方、機関内蔵のウォータポンプや電動ウ
ォータポンプ５０により、前記ウォータジャケットから
冷却水導入路Ｗ1を経由して燃焼式ヒータ９１のヒータ
内部冷却水通路３７に圧送された機関冷却水は、ヒータ
内部冷却水通路３７を前記隔壁４１の外面全体に亘って
巡回するようにして流れ、その間に燃焼ガスの熱を吸収
して上昇する。換言すれば、ヒータ内部冷却水通路３７
の全域で機関冷却水と燃焼ガスとの間で熱交換が為され
る。

【００５８】そして、前記燃焼ガスの熱を吸収した機関
冷却水は、ヒータ内部冷却水通路３７から冷却水排出路
Ｗ2を通ってヒータコア１０に導入され、ヒータコア１
０から出た機関冷却水は冷却水排出路Ｗ3に排出され、
エンジン本体３のウォータジャケットに戻る（図２の破
線矢印、及び図１の破線参照）。なお、前記ヒータコア
１０では、機関冷却水が持つ熱の一部が暖房用空気との
間で熱交換され、暖房用空気が昇温する。この結果、車
輌室内に温風が出る。

【００５９】以上のようにして、燃焼式ヒータ９１で暖
められて高熱になった機関冷却水が、エンジン本体３の
ウォータジャケットやヒータコア１０へ流れ、その結
果、内燃機関の暖機促進や始動性の向上、ヒータコア１
０の性能等が向上する。

【００６０】また、燃焼ガス排出管７３に排出された排
ガスは吸気通路１４へ戻され、燃焼式ヒータ９１に導入
されなかった吸気とともにエンジン本体３の燃焼室に供
給される。これらは、図示しない燃料噴射弁から噴射さ
れる燃料と混合気を形成して燃焼に供される（図１にお
いて実線矢印参照）。

【００６１】このように燃焼式ヒータ９１から排出され
る燃焼ガスを、エンジン本体３の燃焼室で再燃焼するこ
とになり、さらにエンジン本体３の燃焼室から排出され
る排ガスは触媒コンバータ３９で浄化されるので、燃焼
式ヒータ９１から排出される燃焼ガスは浄化後に外気中
に放出される。

【００６２】以下、本実施の形態における燃焼式ヒータ
の排ガス量の制御について説明する。先ずＥＣＵ１１
は、エンジン１の吸気温センサ９７により吸気温度を測
定する。ここで吸気温度の代わりに外気温度を計測し、
これを用いてもよい。

【００６３】次に、ＥＣＵ１１は、燃焼式ヒータの燃焼
が可能な条件が成立しているか否かを判断する。先に述
べたように、例えば図３に示すような範囲において燃焼
式ヒータの燃焼条件が成立し、外気温度が５℃以上のと
きは、燃焼条件が未成立として燃焼しない。

【００６４】一方、所定温度以下、すなわち吸気温度が
５℃未満のときは、燃焼条件が成立するので燃焼式ヒー
タ９１を燃焼させ、エンジン１の吸気温度等に応じた燃
焼式ヒータ９１の最大燃焼量を求める。この最大燃焼量
は、そのときの燃焼式ヒータ９１からの排ガスがエンジ
ン１の吸気系に導入された場合に、エンジン１の運転状
況からみて、気筒内の空燃比を過剰にリッチにさせるこ
とがない範囲になるように設定される。

【００６５】ところでエンジン１への燃料供給量は、燃
焼式ヒータ９１から吸気系に導入される排ガス量によ
り、新気の量がどの程度減少したのかを考慮して決定す
る。すなわちＥＣＵ１１は、この排ガス量の分だけ内燃
機関に吸入される新気の分が減少したものとして吸入新
気量を算出して、エンジン１の気筒内に噴射する燃料量
を決定する。一般的には燃焼式ヒータ９１が燃焼してい
るときには、それが燃焼していない場合の燃料噴射量に
比べて、減少することになる。

【００６６】図４において、燃焼式ヒータ９１の停止
時、燃焼式ヒータの燃焼時における燃焼量大、及び燃焼
量小の場合の最大ガード値をそれぞれ示されている。エ
ンジン１の吸入空気量が増大すれば最大ガード値も上昇
するが、燃焼式ヒータ９１の燃焼量（燃料消費量）が増
えると最大ガード値は小さくなる。図４によれば、スモ
ークレベル許容限界の空燃比は約２０であると認められ
る。

【００６７】このような許容限界を超えて空燃比がリッ
チにならないように、エンジン１へスモークレベル許容
上限値となる燃料量を上限として、必要燃料量を噴射す
る。実際には燃焼式ヒータ９１の燃焼量を示すものとし
ては、それが消費する燃料量の値を用い、燃焼式ヒータ
９１に燃料を供給する燃料ポンプの吐出量として把握さ
れる。換言すれば燃焼式ヒータ９１に燃料を供給する燃
料ポンプ８９のポンプ作動デューティ比から燃料供給
量、すなわち燃料消費量を求める。

【００６８】ところで燃焼式ヒータ９１への燃料供給量
は、燃焼式ヒータ９１を制御するＥＣＵ１１により制御
され、同時に燃焼式ヒータ９１に供給する空気量がこの
燃料供給量に見合うように、回転ファン９０の回転数が
制御される。したがって燃焼式ヒータ９１への燃料供給
量が決定されるのと同時に、燃焼式ヒータ９１に送り込
まなければならない空気流量が定まるので、排ガス量が
把握できることになる。

【００６９】上述ようにして排ガス量が決定すれば、Ｅ
ＣＵ１１は、この排ガス量の分だけ内燃機関に吸入され
る新気の分が減少したものとして吸入新気量を算出し
て、燃料供給量を決定する。

【００７０】次に、ＥＣＵ１１は、吸気温センサ９７に
より測定した吸入新気量の質量から、許容限界を超えて
空燃比がリッチにならないように、エンジン１へスモー
クレベル許容上限値となる排ガス量を上限として、最大
ガード値でガードをかけて燃焼を制限する。

【００７１】ここでは吸気温度に応じた吸入空気の質量
を求め、吸気温度の上昇によって生じた吸入空気量の減
少分を計測する。この減少分を考慮しない場合は、エン
ジン１の気筒内の空燃比が吸気温度が上昇するとリッチ
になり、吸入空気量に対する前記排ガス量の割合が増加
して、高負荷領域ではスモークレベル許容限界の空燃比
を超える虞がある。

【００７２】そこでＥＣＵ１１は、吸入空気量の減少分
と、燃焼式ヒータ９１からの排ガス量を計測することで
空燃比が許容限界値以下にならないように、排ガス量、
すなわち燃焼式ヒータの燃料消費量を制御する。この場
合のスモークレベル許容限界値は、例えば図４に示すよ
うに、気筒内空燃比を２０とする。

【００７３】この場合、ＥＣＵ１１はエンジン１の運転
状態におけるスモークレベルが許容上限値となる空燃比
の２０を超えないように、燃焼式ヒータの燃焼量を制限
するために、燃焼式ヒータの燃料消費量の上限値を設定
する。

【００７４】この上限値の設定後は、この上限値を超え
ない範囲において、通常どおりに燃焼式ヒータ９１に対
してエンジン１の水温に応じた燃焼制御がされる。以上
のように、この実施の形態によれば、エンジン側の制御
を何等変更することなく、燃焼式ヒータの排ガスの導入
によるエンジンのスモークレベルの許容限界を外れるこ
とを防止できる。

【００７５】また通常、外気温が低いときは吸入空気の
密度が大きいので、燃焼式ヒータ９１の燃焼量を制限す
る必要性は低く、必要な暖房性能等は確保され得る。一
方では、エンジン１の出力を犠牲にすることがない。

【００７６】図５に、以上説明した実施の形態の内燃機
関の作動のフローチャートを示す。先ずＥＣＵ１１は、
ステップ１００では吸気温センサ９７または外気温セン
サ等によりエンジンの吸気温度または外気温度を計測す
る。

【００７７】次にステップ１０１に進み、燃焼式ヒータ
９１の燃焼条件が成立しているか否かを判定する。吸気
温度または外気温度が所定温度以下でなければ燃焼式ヒ
ータ９１を燃焼させることなく本制御を実行しない。そ
して吸気温センサ９７等により算出した通常時の必要量
の燃料をエンジン１の気筒内に噴射する。

【００７８】一方、燃焼式ヒータ９１が燃焼する条件が
成立していると判定した場合は、ステップ１０１におい
て燃焼式ヒータ９１を燃焼させる。次にステップ１０２
に進み、ＥＣＵ１１はエンジン１の吸気温度または外気
温度に応じた燃焼式ヒータ９１の最大燃焼量Ａを求め
る。ここでは最大燃焼量Ａは最大排気ガス量とされる。
またこの最大排ガス量は上述のように燃焼式ヒータ９１
の燃焼消費量に置き換えることができる。

【００７９】次に、ステップ１０３に進み、燃焼式ヒー
タ９１の最大燃焼量、すなわち最大燃料消費量をＡに設
定する。その後、ステップ１０４に進み、燃焼式ヒータ
９１の燃料消費量がＡを超えることがないように値Ａに
よるガードをかけて燃焼を制御する。

【００８０】このようにして燃焼式ヒータ９１の燃焼を
制御してその排ガス量を調整することにより、吸気温度
または外気温度の上昇による新気の質量の減少に基づく
過剰リッチを防止することができ、スモークの発生を抑
制することができる。（他の実施の形態）上記の実施の
形態における燃焼式ヒータで燃焼させる燃焼用ガスは、
空気、酸素を含む混合ガス、燃料及び酸素を含む混合ガ
ス、ＬＰＧ（LiquifiedPetroleum Gas）、ＣＮＧ（Comp
ressed Natural Gas、圧縮天然ガス）等が利用できる。
この燃焼用ガスは、タンク等において内燃機関の燃料と
は別途に保存され、燃焼式ヒータに供給されるようにす
ることができる。

【００８１】また、燃焼用ヒータの燃焼用空気は、燃焼
用ヒータのの燃焼用として専用に設けた吸気路から吸入
されるものとしてもよい。

【００８２】

【発明の効果】本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃
機関によれば、内燃機関に吸入される空気の温度を検出
する吸入空気温度検出手段と、この吸入空気温度検出手
段で検出した吸入空気温度により燃焼式ヒータが排出す
る排ガス量を変更する排ガス量変更手段と、を具備する
ので、吸入空気温度に応じて燃焼式ヒータの排ガス量を
制御し、燃焼式ヒータの燃焼時に混合気が過剰リッチに
なることを防止する。よって吸気温度の上昇によるスモ
ークの発生を防止できる。

【００８３】また内燃機関側の制御を何等変更する必要
がないので内燃機関の出力を維持し、かつ低温時の暖房
性能を確保することが可能である。

【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
一実施の形態の概略構成図である。

【図２】燃焼式ヒータの作動状態を示す断面図である。

【図３】燃焼式ヒータの最大燃焼量と吸入空気温度また
は外気温度との相関図である。

【図４】エンジン発生トルクと気筒内空燃比との関係を
示す図である。

【図５】本発明の実施の形態における内燃機関の制御の
フローチャートを示す図である。

【符号の説明】

１…エンジン（内燃機関） ３…エンジン本体 ５…吸気装置 ７…排気装置 ８…ＥＧＲ装置 １０…ヒータコア １１…ＥＣＵ １３…エアクリーナ １４…吸気通路 １５…ターボチャージャ １５ａ…コンプレッサ １５ｂ…タービン １９…インタークーラ ２２…インテークマニホールド ２８…エキゾーストマニホールド ３０…ＥＧＲ弁 ３７…ヒータ内部冷却水通 ３７ａ…冷却水導入口 ３７ｂ…冷却水排出口 ３８…ＨＣ吸着剤 ３９…触媒コンバータ（ＮＯx触媒） ４０…燃焼筒 ４１…隔壁 ４２…排気通路 ４３…外壁 ４８…燃焼室 ５０…電動ウォータポンプ ５１…吸気絞り弁 ６２…空気供給口 ６３…燃焼ガス排出口 ７１…空気供給管（空気供給路） ７３…燃焼ガス排出管（燃焼ガス排出通路） ７４…連結管 ８１…ＥＧＲ通路 ８８…燃料導入通路 ８９…燃料ポンプ ９０…回転ファン ９１…燃焼式ヒータ ９２…モータ ９３…ハウジング ９５…空気取入口 ９７…吸気温センサ Ｃ１…空気供給管７１と吸気通路１４との接続箇所 Ｃ２…燃焼ガス排出管７３と吸気通路１４との接続箇所 Ｆ…火炎 Ｓ…ハウジング９３の内部空間 Ｗ…熱媒体循環路 Ｗ1…冷却水導入通路 Ｗ2…冷却水排出路 Ｗ3…冷却水排出路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の吸気通路から燃焼用空気を導入
   して燃料と混合し、その混合気を燃焼室で燃焼させるこ
   とで生じた燃焼ガスが持つ熱を利用して機関関連要素を
   昇温し、燃焼後の排ガスを前記吸気通路に導入する燃焼
   式ヒータを有する内燃機関において、 前記内燃機関が吸入する空気の温度、もしくはこれに関
   係する値を検出する吸入空気温度検出手段と、 前記吸入空気温度検出手段で検出した吸入空気温度、も
   しくはこれに関係する値に応じて前記燃焼式ヒータが排
   出する排ガス量を変更する排ガス量変更手段と、を具備
   することを特徴とする燃焼式ヒータを有する内燃機関。
2. 【請求項２】前記排ガス量変更手段は、前記燃焼式ヒー
   タが排出する排ガス量の上限値を設定する排ガス量上限
   設定手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の
   燃焼式ヒータを有する内燃機関。
3. 【請求項３】前記排ガス量変更手段は、少なくとも前記
   燃焼式ヒータの燃料消費量に基づいて前記排ガス量を変
   更することを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼
   式ヒータを有する内燃機関。
4. 【請求項４】燃焼用ガスを導入してこれを燃焼させるこ
   とで生じた燃焼ガスが持つ熱を利用して機関関連要素を
   昇温し、前記燃焼ガスを内燃機関の吸気通路に導入する
   燃焼式ヒータを有する内燃機関において、 前記内燃機関が吸入する空気の温度、もしくはこれに関
   係する値を検出する吸入空気温度検出手段と、 前記吸入空気温度検出手段で検出した吸入空気温度、も
   しくはこれに関係する値に応じて前記燃焼式ヒータが排
   出する排ガス量を変更する排ガス量変更手段と、を具備
   することを特徴とする燃焼式ヒータを有する内燃機関。
5. 【請求項５】燃焼用ガスを導入してこれを燃焼させるこ
   とで生じた燃焼ガスを内燃機関の吸気通路に導入する燃
   焼式ヒータを有する内燃機関において、 前記内燃機関が吸入する空気の温度、もしくはこれに関
   係する値を検出する吸入空気温度検出手段と、 前記吸入空気温度検出手段で検出した吸入空気温度、も
   しくはこれに関係する値に応じて前記燃焼式ヒータが排
   出する排ガス量を変更する排ガス量変更手段と、を具備
   することを特徴とする燃焼式ヒータを有する内燃機関。