JP2003227423A - 燃焼式ヒータを有する内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、燃焼式ヒータを有する内燃機関に
おいて、内燃機関に吸入される酸素量を過剰に減少させ
ることなく吸入空気温度を高めることができる技術を提
供することを課題とする。 【解決手段】 本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃
機関は、内燃機関と独立した燃焼室を有する燃焼式ヒー
タ１３と、この燃焼式ヒータ１３から排出された燃焼ガ
スと内燃機関１の吸気管３を流れる吸入空気との間で熱
交換を行う熱交換器１７と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、燃焼式ヒータを有
する内燃機関に関し、詳しくは冷却水や吸入空気等の機
関関連要素を昇温させて内燃機関の暖機や暖房性能の向
上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される内燃機関、
特に軽油を燃料とする圧縮着火式内燃機関（ディーゼル
エンジン）やガソリンを燃料とし且つ希薄燃焼運転可能
な火花点火式内燃機関（リーンバーンガソリンエンジ
ン）等の希薄燃焼式内燃機関は、理論空燃比で運転され
る火花点火式内燃機関に比して発熱量が少なくなり易
い。そこで、希薄燃焼式内燃機関機関では、該内燃機関
と独立した燃焼室を有する燃焼式ヒータを併設し、その
燃焼式ヒータの燃焼熱を利用して内燃機関の暖機や車室
内用暖房装置の性能を向上させる技術が提案されてい
る。

【０００３】このような技術としては、例えば特開２０
００−２４０５１９号公報に記載されたような燃焼式ヒ
ータを有する内燃機関が知られている。

【０００４】前記公報に記載された燃焼式ヒータを有す
る内燃機関は、内燃機関のクランキング時に燃焼式ヒー
タの燃焼ガスを内燃機関の吸気通路へ導入し、燃焼ガス
が持つ熱により内燃機関の吸入空気を暖め、以て内燃機
関の始動性を高めようとするものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、燃焼式ヒー
タは、効率の高い燃焼、言い換えれば完全燃焼に近い燃
焼を行うことが可能であるため、燃焼式ヒータから排出
される燃焼ガスには、少量の酸素と多量の二酸化炭素が
含まれることになる。また、内燃機関のクランキング時
は機関回転数が２００ｒｐｍ〜４００ｒｐｍ程度と極め
て低くなるため、それに応じて内燃機関に吸入されるガ
ス量も少なくなる。

【０００６】従って、特開２０００−２４０５１９号公
報に記載された燃焼式ヒータを有する内燃機関のよう
に、内燃機関のクランキング時に燃焼式ヒータの燃焼ガ
スが内燃機関の吸気通路供給されると、燃焼ガスの熱に
よって内燃機関の吸入空気を暖めることは可能となる
が、内燃機関に吸入されるガスにおいて燃焼ガスが占め
る割合が空気に比して多くなる。このため、内燃機関に
吸入されるガスに含まれる酸素量が減少すると同時に二
酸化炭素量が増加することになり、その結果、内燃機関
における燃料の着火性や燃焼安定性が損なわれ、内燃機
関の始動性が悪化する場合がある。

【０００７】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であって、燃焼式ヒータを有する内燃機関において、内
燃機関に吸入される酸素量を過剰に減少させることなく
吸入空気温度を高めることができる技術を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【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手段を採用した。すなわち、本
発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関は、内燃機関
と独立した燃焼室を有する燃焼式ヒータと、前記燃焼式
ヒータから排出された燃焼ガスと前記内燃機関の吸気管
を流れる吸入空気との間で熱交換を行う熱交換器と、を
備えることを特徴とする。

【０００９】この発明は、燃焼式ヒータを有する内燃機
関において、燃焼式ヒータから排出された燃焼ガスを内
燃機関の吸気管内へ導入せずに、燃焼ガスと吸気管内の
吸入空気との間で熱交換のみを行わせることを最大の特
徴としている。

【００１０】かかる燃焼式ヒータを有する内燃機関で
は、燃焼式ヒータから排出された燃焼ガスが熱交換器へ
供給される。熱交換器は、燃焼ガスと吸気管内を流れる
吸入空気との間で熱交換を行わせる。すなわち、熱交換
器は、燃焼ガスの熱を吸気管内の吸入空気へ伝達させ
る。

【００１１】この場合、内燃機関の吸入空気中に燃焼式
ヒータからの燃焼ガスが混入することなく吸入空気温度
が高められることになる。その結果、内燃機関に吸入さ
れる酸素量を減少させることなく吸入空気温度が高めら
れることになる。

【００１２】次に、本発明は、前述した課題を解決する
ために以下のような手段を採用しても良い。すなわち、
本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関は、内燃機
関と独立した燃焼室を有する燃焼式ヒータと、前記内燃
機関の吸気管に配置され、前記燃焼式ヒータから排出さ
れた燃焼ガスの熱を前記吸気管内を流れる吸入空気へ伝
達させる熱交換器と、前記燃焼式ヒータから排出される
燃焼ガスを前記熱交換器へ導く第１の燃焼ガス導入管
と、前記燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスを前記吸
気管内へ導く第２の燃焼ガス導入管と、前記燃焼式ヒー
タから前記第１の燃焼ガス導入管と前記第２の燃焼ガス
導入管とへ流入する燃焼ガス量の比率を変更する流量比
変更手段と、少なくとも前記内燃機関が完爆するまで
は、前記第１の燃焼ガス導入管へ流入する燃焼ガス量が
前記第２の燃焼ガス導入管に流入する燃焼ガス量より多
くなるよう前記流量比変更手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするようにしても良い。

【００１３】この発明は、燃焼式ヒータを有する内燃機
関において、燃焼式ヒータから吸気管内へ導入される燃
焼ガス量と燃焼式ヒータから熱交換器へ導入される燃焼
ガス量との比率を変更可能に構成し、少なくとも内燃機
関が完爆するまでは、吸気管内へ導入される燃焼ガス量
に比して熱交換器へ導入される燃焼ガス量を多くするこ
とを最大の特徴としている。

【００１４】かかる発明では、少なくとも内燃機関が完
爆するまでは、制御手段は、第１の燃焼ガス導入管へ流
入する燃焼ガス量が第２の燃焼ガス導入管へ流入する燃
焼ガス量より多くなるよう流量比変更手段を制御する。

【００１５】この場合、燃焼式ヒータから排出される燃
焼ガスの大部分が第１の燃焼ガス導入管を介して熱交換
器へ流入し、残りの少量の燃焼ガスが第２の燃焼ガス導
入管を介して内燃機関の吸気管へ流入することになる。

【００１６】燃焼式ヒータから排出された燃焼ガスが熱
交換器に流入すると、燃焼ガスの熱が熱交換器を介して
間接的に吸気管内の吸入空気へ伝達される。また、燃焼
式ヒータから排出された燃焼ガスが吸気管内へ流入する
と、燃焼ガスの熱が吸気管内の吸入空気へ直接伝達され
る。

【００１７】この結果、燃焼式ヒータから内燃機関の吸
入空気中へ混入される燃焼ガス量を抑制しつつ内燃機関
の吸入空気温度を高めることが可能となる。

【００１８】尚、制御手段は、少なくとも内燃機関が完
爆するまでは、燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスの
全てが第１の燃焼ガス導入管へ流入するよう流量比変更
手段を制御するようにしてもよい。

【００１９】この場合、燃焼式ヒータからの燃焼ガスを
内燃機関の吸入空気中へ混入させることなく吸入空気温
度を高めることが可能となる。

【００２０】また、本発明に係る燃焼式ヒータを有する
内燃機関において、内燃機関の排気管に排気浄化触媒が
配置されている場合には、第１の燃焼ガス導入管は、燃
焼式ヒータから排出された燃焼ガスを熱交換器へ導くと
ともに、熱交換器を経由した燃焼ガスを排気浄化触媒よ
り上流の排気管へ導くようにしてもよい。この場合、燃
焼式ヒータから排出された燃焼ガスが熱交換器を経由し
た後に排気浄化触媒へ流入することになるため、内燃機
関の吸入空気を昇温させつつ排気浄化触媒を昇温させる
ことが可能となる。

【００２１】

【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。

【００２２】図１は、本発明を適用する内燃機関の概略
構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの
気筒１ａを備えた水冷式の圧縮着火式ディーゼル機関で
ある。

【００２３】この内燃機関１には、図示しないクランク
シャフトが所定角度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３０と、図示しないウォータ
ージャケットを流れる冷却水の温度に対応した電気信号
を出力する水温センサ３１が取り付けられている。

【００２４】前記内燃機関１の各気筒１ａには、その噴
孔が燃焼室に臨むよう燃料噴射弁１ｂが取り付けられて
いる。各燃料噴射弁１ｂは、図示しない燃料ポンプから
供給される燃料を所定の圧力となるまで蓄える蓄圧室
（コモンレール室）１ｃと連通している。

【００２５】このような燃料噴射系では、燃料ポンプか
ら吐出された燃料が蓄熱室にて所定圧力に達するまで蓄
圧される。蓄圧室１ｃにて所定圧力まで蓄圧された燃料
は、各気筒１ａの燃料噴射弁１ｂに印加され、各燃料噴
射弁１ｂが開弁した際に各気筒１ａの燃焼室へ噴射され
る。

【００２６】次に、前記内燃機関１には、吸気枝管２が
接続され、その吸気枝管２の各枝管が各気筒１ａの燃焼
室と図示しない吸気ポートを介して連通している。前記
吸気枝管２は、吸気管３に接続され、吸気管３は、エア
フィルタを内装したエアクリーナボックス４に接続され
ている。

【００２７】前記吸気管３における前記エアクリーナボ
ックス４の直下流の部位には、該吸気管３内を流れる吸
入空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２９が取り付けられている。

【００２８】前記吸気管３における前記エアフローメー
タ２９より下流の部位には、遠心過給機（ターボチャー
ジャ）５のコンプレッサハウジング５ａが設けられてい
る。このコンプレッサハウジング５ａより下流の吸気管
３には、前記コンプレッサハウジング５ａにて圧縮され
た際に高温となった吸入空気を冷却するためのインター
クーラ６が設けられている。

【００２９】前記インタークーラ６下流の吸気管３に
は、吸気管３内の吸入空気流量を調節する吸気絞り弁７
が設けられ、この吸気絞り弁７には、該吸気絞り弁７を
開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ８が取り付けら
れている。

【００３０】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４に流入した新気がエアフィルタにて埃
や塵を除去された後、吸気管３を経てコンプレッサハウ
ジング５ａに導かれ、コンプレッサハウジング５ａ内で
圧縮される。コンプレッサハウジング５ａ内で圧縮され
て高温となった新気は、インタークーラ６にて冷却され
る。インタークーラ６で冷却された吸入空気は、必要に
応じて吸気絞り弁７によって流量を調節された後、吸気
枝管２を経て各気筒１ａの燃焼室に分配される。各気筒
１ａの燃焼室へ分配された吸入空気は、燃料噴射弁１ｂ
から噴射される燃料とともに燃焼される。

【００３１】また、内燃機関１には、排気枝管９が接続
され、この排気枝管９の各枝管が各気筒１ａの燃焼室と
図示しない排気ポートを介して連通している。前記排気
枝管９は、遠心過給器５のタービンハウジング５ｂを介
して排気管１０に接続され、排気管１０は、下流にて図
示しないマフラーに接続されている。

【００３２】前記排気管１０の途中には、排気中の有害
ガス成分を浄化する排気浄化触媒１１が配置されてい
る。この排気浄化触媒１１は、該排気浄化触媒１１の床
温が所定の温度以上であるときに活性して排気中の有害
ガス成分を浄化可能となる触媒である。

【００３３】上記したような排気浄化触媒１１として
は、酸化触媒、選択還元型リーンＮＯx触媒、吸蔵還元
型リーンＮＯx触媒、ディーゼル・パティキュレート・
フィルタ（ＤＰＦ）、ディーゼル・パティキュレート・
ＮＯx・リダクション（ＤＰＮＲ）触媒等を例示するこ
とができる。

【００３４】前記排気管１０において排気浄化触媒１１
の直上流の部位には、該排気管１０を流通する排気の空
燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ１２が
設けられている。

【００３５】このように構成された排気系では、各気筒
１ａの燃焼室で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポ
ートを介して排気枝管９へ排出され、次いで排気枝管９
から遠心過給器５のタービンハウジング５ｂ内に流入す
る。タービンハウジング５ｂ内に流入した排気は、ター
ビンハウジング５ｂ内の図示しないタービンホイールを
回転させた後に該タービンハウジング５ｂ内から流出す
る。

【００３６】前記タービンハウジング５ｂから排出され
た排気は、排気管１０を介して排気浄化触媒１１に流入
する。その際、排気浄化触媒１１の床温が温度浄化ウィ
ンド内にあれば、排気浄化触媒１１において排気中の有
害ガス成分が除去又は浄化される。排気浄化触媒１１に
て有害ガス成分を除去又は浄化された排気は、マフラー
を介して大気中に放出される。

【００３７】次に、内燃機関１には、燃焼式ヒータ１３
が併設されている。燃焼式ヒータ１３は、図２に示すよ
うに、外筒１４０と、外筒１４０に内装される中間筒１
４１と、中間筒１４１に内装される燃焼筒１４２とを備
えている。

【００３８】前記外筒１４０と前記中間筒１４１との間
には、内燃機関１の冷却水を流すためのヒータ内冷却水
路２００が形成されている。前記外筒１４０には、前記
ヒータ内冷却水路２００内に冷却水を取り入れるための
冷却水導入ポート１４３と、前記ヒータ内冷却水路２０
０内の冷却水を排出するための冷却水排出ポート１４４
とが形成されている。

【００３９】前記冷却水導入ポート１４３には、冷却水
導入管２０が接続され、前記冷却水排出ポート１４４に
は、冷却水排出管２１が接続されている。冷却水導入管
２０と冷却水排出管２１は、図１に示すように、内燃機
関１の図示しないウォータジャケットと接続されてい
る。冷却水導入管２０の途中には、電動式のウォーター
ポンプ２２が設けられ、内燃機関１のウォータジャケッ
ト内を流れる冷却水が冷却水導入ポート１４３へ強制的
に送り込まれるようになっている。一方、冷却水排出管
２１の途中には、室内用暖房装置のヒータコア２３が配
置され、該冷却水排出管２１を流れる冷却水の持つ熱が
暖房用空気へ伝達されるようになっている。

【００４０】前記した燃焼筒１４２の基端部には、燃料
蒸発部（ウィック）１５１が設けられている。このウィ
ック１５１には、内燃機関１用の燃料ポンプから吐出さ
れた燃料の一部を該ウィック１５１に導く燃料導入管２
７が接続されている。前記燃焼筒１４２内における前記
ウィック１５１の近傍には、前記燃料導入管２７からウ
ィック１５１へ供給された燃料を気化するための燃料気
化用グロープラグ１５２と、前記燃料気化用グロープラ
グ１５２によって気化された燃料に点火するための燃料
点火用グロープラグ１５３とが配置されている。尚、燃
料気化用グロープラグ１５２と燃料点火用グロープラグ
１５３とは単一のグロープラグにより兼用されるように
してもよい。

【００４１】前記外筒１４０には、前記燃焼筒１４２へ
燃焼用の空気を送り込むための送風ファン１４９と、こ
の送風ファン１４９を回転駆動するファンモータ１５０
とを内装したハウジング１４８が取り付けられている。

【００４２】前記ハウジング１４８には、該ハウジング
１４８内に燃焼用空気を取り込むための吸気ポート１４
６が形成されている。前記吸気ポート１４６には、図１
に示すように、吸気導入通路１４が接続され、この吸気
導入通路１４は、吸気管３におけるインタークーラ６と
吸気絞り弁７との間の部位に接続されている。

【００４３】前記燃焼筒１４２の周壁における複数箇所
には、該燃焼筒１４２内と前記ハウジング１４８内とを
連通させる貫通孔１４２ａが設けられ、前記ハウジング
１４８内において前記送風ファン１４９によって送り出
された空気が前記貫通孔１４２ａを介して燃焼筒１４２
内へ流入することが可能になっている。

【００４４】前記中間筒１４１と燃焼筒１４２との間に
は、前記燃焼筒１４２で発生した燃焼ガスを流すための
燃焼ガス通路２０１が形成されている。前記中間筒１４
１の適当な部位には、前記燃焼ガス通路２０１と前記外
筒１４０の外部とを連通する燃焼ガス排出ポート１４５
が形成されている。

【００４５】前記燃焼ガス排出ポート１４５には、図１
に示すように、燃焼ガス排出通路１５が接続され、この
燃焼ガス排出通路１５は、前記吸気管３における前記吸
気絞り弁７より下流の部位に接続されている。

【００４６】前記燃焼ガス排出通路１５の途中には、第
１のバイパス通路１６が接続され、この第１のバイパス
通路１６は、前記吸気管３の途中に設けられた熱交換器
１７に接続されている。

【００４７】前記熱交換器１７は、燃焼式ヒータ１３か
ら排出された燃焼ガスと吸気管３内を流れる空気との間
で熱交換を行うものであり、例えば、吸入空気が流通す
る複数の空気通路と燃焼ガスが流通する複数の燃焼ガス
通路とが交互に交差するよう構成されるようにしてもよ
い。

【００４８】前記熱交換器１７には、第２のバイパス通
路１８が接続されており、この第２のバイパス通路１８
は、排気管１０においてタービンハウジング５ｂと排気
浄化触媒１１との間の部位に接続されている。

【００４９】尚、前記した燃焼ガス排出通路１５と第１
のバイパス通路１６との接続部位には、三方切換弁１９
が配置されている。以下では、燃焼ガス排出通路１５に
おいて、三方切換弁１９を基準として燃焼式ヒータ１３
側の部位を第１の燃焼ガス排出通路１５ａと称し、三方
切換弁１９を基準として吸気管３側の部位を第２の燃焼
ガス排出通路１５ｂと称するものとする。

【００５０】前記三方切換弁１９は、第２の燃焼ガス排
出通路１５ｂと第１のバイパス通路１６との何れか一方
を遮断することにより、第１の燃焼ガス排出通路１５ａ
と第２の燃焼ガス排出通路１５ｂとを導通させ、又は第
１の燃焼ガス排出通路１５ａと第１のバイパス通路１６
とを導通させるよう構成されている。

【００５１】このように構成された燃焼式ヒータ１３で
は、ファンモータ１５０、燃料気化用グロープラグ１５
２、燃料点火用グロープラグ１５３、及び電動ウォータ
ーポンプ２２が通電されるとともに、図示しない燃料ポ
ンプが作動される。

【００５２】この場合、燃料ポンプが図示しない燃料タ
ンク内の燃料を吸い上げて前記燃焼筒１４２のウィック
１５１へ供給するとともに、ファンモータ１５０が送風
ファン１４９を作動させて吸気管３内を流れる空気の一
部をハウジング１４８内へ取り込むとともに燃焼筒１４
２内へ向けて送り出すことになる。送風ファン１４９に
よって送り出された空気は、貫通孔１４２ａを通って燃
焼筒１４２内へ流入する。

【００５３】続いて、前記ウィック１５１に供給された
燃料が燃料気化用グロープラグ１５２によって加熱され
て気化し、その気化燃料と送風ファン１４９によって供
給された空気とが混合気を形成する。前記混合気は、燃
料点火用グロープラグ１５３によって更に加熱されて点
火される。

【００５４】前記燃焼筒１４２内で点火されて燃焼した
燃焼ガスは、送風ファン１４９によって送り出される空
気の圧力によって燃焼筒１４２内から燃焼ガス通路２０
１へ押し出され、次いで燃焼ガス通路２０１から燃焼ガ
ス排出ポート１４５へ排出される。

【００５５】燃焼ガス排出ポート１４５へ排出された燃
焼ガスは、第１の燃焼ガス排出通路１５ａへ流入し、そ
の第１の燃焼ガス排出通路１５ａにより三方切換弁１９
へ導かれる。

【００５６】その際、三方切換弁１９が第１のバイパス
通路１６を遮断していると、第１の燃焼ガス排出通路１
５ａと第２の燃焼ガス排出通路１５ｂとが導通するた
め、燃焼式ヒータ１３から排出された燃焼ガスが吸気管
３内へ導かれることになる。

【００５７】一方、三方切換弁１９が第２の燃焼ガス排
出通路１５ｂを遮断していると、第１の燃焼ガス排出通
路１５ａと第１のバイパス通路１６とが導通するため、
燃焼式ヒータ１３から排出された燃焼ガスが熱交換器１
７を介して排気管１０内へ導かれることになる。

【００５８】また、電動ウォーターポンプ２２は、内燃
機関１のウォータジャケット内の冷却水を燃焼式ヒータ
１３の冷却水導入ポート１４３へ圧送する。冷却水導入
ポート１４３へ圧送された冷却水は、前記冷却水導入ポ
ート１４３からヒータ内冷却水路２００へ導かれ、ヒー
タ内冷却水路２００を通った後に冷却水排出ポート１４
４へ排出される。

【００５９】その際、燃焼ガス通路２０１を流れる燃焼
ガスの熱が中間筒１４１の壁面を介してヒータ内冷却水
路２００内を流れる冷却水に伝達され、冷却水の温度が
上昇する。

【００６０】このようにして昇温された冷却水は、冷却
水排出ポート１４４から冷却水排出管２１へ排出され、
ヒータコア２３を経て内燃機関１のウォータジャケット
内へ戻され、ウォータジャケット内を循環する。ヒータ
コア２３では、冷却水が持つ熱の一部が暖房用空気に伝
達され、暖房用空気を昇温させる。

【００６１】ここで図１に戻り、上記したように構成さ
れた内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電
子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）
２８が併設されている。このＥＣＵ２８は、内燃機関１
の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状
態を制御するユニットである。

【００６２】ＥＣＵ２８には、前述したエアフローメー
タ２９、クランクポジションセンサ３０、水温センサ３
１、及び空燃比センサ１２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３３、イグニッショ
ンスイッチ３４、スタータスイッチ３５等の各種センサ
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ＥＣＵ２８に入力されるようになっている。

【００６３】また、ＥＣＵ２８には、燃料噴射弁１ｂ、
吸気絞り用アクチュエータ８、三方切換弁１９、電動ウ
ォーターポンプ２２、ファンモータ１５０、燃料気化用
グロープラグ１５２、燃料点火用グロープラグ１５３等
が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２８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、燃料噴射弁
１ｂ、吸気絞り用アクチュエータ８、三方切換弁１９、
電動ウォーターポンプ２２、ファンモータ１５０、燃料
気化用グロープラグ１５２、燃料点火用グロープラグ１
５３等を制御することが可能となっている。

【００６４】ここで、ＥＣＵ２８は、図３に示すよう
に、双方向性バス２８０によって相互に接続された、Ｃ
ＰＵ２８１と、ＲＯＭ２８２と、ＲＡＭ２８３と、バッ
クアップＲＡＭ２８４と、入力ポート２８６と、出力ポ
ート２８７とを備えるとともに、前記入力ポート２８６
に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）２８５を備え
ている。

【００６５】前記入力ポート２８６は、クランクポジシ
ョンセンサ３０、イグニッションスイッチ３４、スター
タスイッチ３５等のように、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ＣＰＵ２８１やＲＡＭ２８３へ送信する。

【００６６】前記入力ポート２８６は、空燃比センサ１
２、エアフローメータ２９、水温センサ３１、アクセル
ポジションセンサ３３等のように、アナログ信号形式の
信号を出力するセンサのＡ／Ｄ２８５を介して入力し、
それらの出力信号をＣＰＵ２８１やＲＡＭ２８３へ送信
する。

【００６７】前記出力ポート２８７は、燃料噴射弁１
ｂ、吸気絞り用アクチュエータ８、三方切換弁１９、電
動ウォーターポンプ２２、ファンモータ１５０、燃料気
化用グロープラグ１５２、燃料点火用グロープラグ１５
３等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ２８１から出
力される制御信号を、前記した燃料噴射弁１ｂ、吸気絞
り用アクチュエータ８、三方切換弁１９、電動ウォータ
ーポンプ２２、ファンモータ１５０、燃料気化用グロー
プラグ１５２、あるいは燃料点火用グロープラグ１５３
へ送信する。

【００６８】前記ＲＯＭ２８２は、燃料噴射弁１ｂを制
御するための燃料噴射弁制御ルーチン、吸気絞り弁７を
制御するための吸気絞り制御ルーチン、燃焼式ヒータ１
３と三方切換弁３７と電動ウォーターポンプ２２を統括
して制御するヒータ制御ルーチン等の各種アプリケーシ
ョンプログラムに加え、内燃機関１の運転状態と基本燃
料噴射量（基本燃料噴射時間）との関係を示す燃料噴射
量制御マップ、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射時
期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１
の運転状態と吸気絞り弁７の目標開度との関係を示す吸
気絞り弁開度制御マップなどの各種制御マップを記憶し
ている。

【００６９】前記ＲＡＭ２８３は、各センサからの出力
信号やＣＰＵ２８１の演算結果等を格納する。前記演算
結果は、例えば、クランクポジションセンサ３０がパル
ス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機
関回転数である。これらのデータは、クランクポジショ
ンセンサ３０がパルス信号を出力する都度、最新のデー
タに書き換えられる。

【００７０】前記バックアップＲＡＭ２８４は、内燃機
関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモ
リである。

【００７１】前記ＣＰＵ２８１は、前記ＲＯＭ２８２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、燃料噴射弁制御、吸気絞り制御、燃焼式ヒータ制御
などの既知の制御に加え、本発明の要旨となる始動時ヒ
ータ制御を実行する。

【００７２】以下、本発明の要旨となる始動時ヒータ制
御について述べる。ＥＣＵ２８は、内燃機関１が冷間始
動されることを検出すると、内燃機関１の始動開始前、
すなわち内燃機関１のクランキングが開始される前に第
２の燃焼ガス排出通路１５ｂを遮断し且つ第１の燃焼ガ
ス排出通路１５ａと第１のバイパス通路１６とが導通す
るよう三方切換弁１９を制御するとともに燃焼式ヒータ
１３を作動させる。

【００７３】尚、三方切換弁１９は、駆動電力が印加さ
れていないときは第１のバイパス通路１６を遮断し、駆
動電力が印加されたときは第２の燃焼ガス排出通路１５
ｂを遮断するよう構成されるようにしてもよく、その場
合には、ＥＣＵ２８は、三方切換弁１９に対して駆動電
力を印加することにより、第２の燃焼ガス排出通路１５
ｂを遮断し且つ第１の燃焼ガス排出通路１５ａと第１の
バイパス通路１６とを導通させる。

【００７４】第１の燃焼ガス排出通路１５ａと第１のバ
イパス通路１６とが導通した状態で燃焼式ヒータ１３が
作動すると、燃焼式ヒータ１３から排出された燃焼ガス
は、第１の燃焼ガス排出通路１５ａ、三方切換弁１９、
及び第１のバイパス通路１６を順次経由して熱交換器１
７へ流入する。

【００７５】燃焼式ヒータ１３の燃焼ガスが熱交換器１
７に流入すると、該燃焼ガスと吸気管３内の空気との間
で熱交換が行われる。具体的には、燃焼ガスの熱が吸気
管３内の空気へ伝達されることになる。

【００７６】熱交換器１７において吸気管３内の空気と
の間で熱交換が行われた後の燃焼ガスは、熱交換器１７
から第２のバイパス通路１８を経由して排気管１０内に
流入する。排気管１０内に流入した排気は、排気管１０
を通って排気浄化触媒１１へ流入する。その際、燃焼ガ
スの余熱が排気浄化触媒１１へ伝達され、排気浄化触媒
１１が昇温する。

【００７７】その後、ＥＣＵ２８は、少なくとも内燃機
関１が完爆するまで（スタータモータ等の外的要素に依
らずに内燃機関１が自立運転可能な燃焼状態となるま
で）は、燃焼式ヒータ１３の燃焼ガスが熱交換器１７を
経由して排気管１０内へ流入する状態を維持する。

【００７８】これは、内燃機関１が完爆する前、つまり
内燃機関１のクランキング時は、機関回転数が低く吸入
空気量が少なくなるため、燃焼式ヒータ１３の燃焼ガス
が吸気管３内へ供給されると、燃焼ガスの熱によって吸
入空気を暖めることが可能となるが、内燃機関１の気筒
１ａに吸入されるガスにおいて燃焼ガスが占める割合が
空気に比して多くなるため、内燃機関に吸入されるガス
に含まれる酸素量が減少すると同時に二酸化炭素量が増
加し、その結果、内燃機関１における燃料の着火性や燃
焼安定性が損なわれることが想定されるからである。

【００７９】このように内燃機関１が完爆するまでの期
間において、燃焼式ヒータ１３の燃焼ガスが熱交換器１
７へ供給されると、内燃機関１に吸入される酸素量を減
少させることなく吸入空気を暖めることが可能になるた
め、各気筒１ａ内で燃料を燃焼させるために必要となる
酸素量を確保しつつ、燃料噴射弁１ｂから噴射される燃
料の霧化及び各気筒１ａにおける圧縮端温度（圧縮行程
上死点付近における気筒１ａ内の温度）の上昇を図るこ
とが可能となる。

【００８０】更に、燃焼式ヒータ１３の燃焼ガスは、熱
交換器１７を経由した後に排気浄化触媒１１へ供給され
るため、熱交換器１７を経由した後の燃焼ガスが持つ余
熱により排気浄化触媒１１を昇温させることも可能とな
り、その結果、内燃機関１の始動後における排気エミッ
ションを向上させることも可能となる。

【００８１】次に、本実施の形態における始動時ヒータ
制御について図３に沿って説明する。

【００８２】図４は、始動時ヒータ制御ルーチンを示す
フローチャート図である。始動時ヒータ制御ルーチン
は、予めＥＣＵ２８のＲＯＭ２８２に記憶されているル
ーチンであり、内燃機関１の始動時においてイグニッシ
ョンスイッチ３４がオフからオンへ切り換えられたこと
をトリガとしてＣＰＵ２８１が実行するルーチンであ
る。

【００８３】始動時ヒータ制御ルーチンにおいて、ＣＰ
Ｕ２８１は、先ずＳ４０１において水温センサ３１の出
力信号値（冷却水温度）：Ｔwを入力する。

【００８４】Ｓ４０２では、ＣＰＵ２８１は、前記Ｓ４
０１で入力された冷却水温度：Ｔwが所定温度（例え
ば、−１０℃）未満であるか否かを判別する。

【００８５】前記Ｓ４０２において前記冷却水温度：Ｔ
wが前記所定温度未満であると判定された場合は、ＣＰ
Ｕ２８１は、内燃機関１の始動に先駆けて予熱処理を行
う必要があるとみなし、Ｓ４０３へ進む。

【００８６】Ｓ４０３では、ＣＰＵ２８１は、内燃機関
１を搭載する車両の車室内に予め設けられている予熱ラ
ンプ（図示せず）を点灯させる。

【００８７】Ｓ４０４では、ＣＰＵ２８１は、予熱処理
の実行時間（予熱時間：T）を決定する。その際の予熱
時間：Ｔは、図５に示されるように、前記Ｓ４０１で入
力された冷却水温度：Ｔwが低くなるほど長くなるよう
設定され、且つ、前記冷却水温度：Ｔwが高くなるほど
短くなるよう設定される。

【００８８】Ｓ４０５では、ＣＰＵ２８１は、内燃機関
１の吸気管３内の雰囲気温度及び排気浄化触媒１１の温
度を昇温させるべく予熱処理の実行を開始する。具体的
には、ＣＰＵ２８１は、燃料気化用グロープラグ１５
２、燃料点火用グロープラグ１５３、送風ファン１４
９、及び燃料ポンプに駆動電力を供給して燃焼式ヒータ
１３を作動させるとともに、三方切換弁１９に対する駆
動電力の印加を開始して第１の燃焼ガス排出通路１５ａ
と第１のバイパス通路１６とを導通させる。更に、ＣＰ
Ｕ２８１は、予熱時間計時カウンタ：Ｃを作動させる。
この予熱時間計時カウンタ：Ｃは、予熱処理実行開始時
からの経過時間を計時するカウンタであり、例えば、Ｃ
ＰＵ２８１に内蔵されているレジスタなどで構成されて
いる。

【００８９】この場合、燃焼式ヒータ１３から排出され
た高温の燃焼ガスが熱交換器１７へ供給され、燃焼ガス
の熱が吸気管３内の空気に伝達される。次いで、熱交換
器１７から排出された燃焼ガスが第２のバイパス通路１
８及び排気管１０を通じて排気浄化触媒１１へ導かれ、
燃焼ガスの余熱が排気浄化触媒１１に伝達される。

【００９０】この結果、吸気管３内の雰囲気温度が高め
られるとともに排気浄化触媒１１の温度が高められるこ
とになる。

【００９１】Ｓ４０６では、ＣＰＵ２８１は、前記予熱
時間計時カウンタ：Ｃの計時時間：Ｃが前記Ｓ４０４で
決定された予熱時間（Ｔ）以上となったか否かを判別す
る。

【００９２】前記Ｓ４０６において前記予熱時間計時カ
ウンタ：Ｃの計時時間：Ｃが前記予熱時間（Ｔ）未満で
あると判定された場合は、ＣＰＵ２８１は、前記予熱時
間計時カウンタ：Ｃの計時時間：Ｃが前記予熱時間
（Ｔ）以上に達するまで前記Ｓ４０６の処理を繰り返し
実行する。

【００９３】前記Ｓ４０６において前記予熱時間計時カ
ウンタ：Ｃの計時時間：Ｃが前記予熱時間（Ｔ）以上で
あると判定された場合は、ＣＰＵ２８１は、Ｓ４０７へ
進み、予熱処理の実行を終了する。具体的には、ＣＰＵ
２８１は、燃焼式ヒータ１３から熱交換器１７及び排気
浄化触媒１１への燃焼ガスの供給を継続しつつ予熱ラン
プを消灯させる。

【００９４】Ｓ４０８では、ＣＰＵ２８１は、スタータ
スイッチ３５がオン状態にあるか否かを判別する。

【００９５】前記Ｓ４０８においてスタータスイッチ３
５がオン状態にない（スタータスイッチ３５がオフ状態
にある）と判定された場合は、ＣＰＵ２８１は、当該Ｓ
４０８の処理を再度実行する。

【００９６】前記Ｓ４０８においてスタータスイッチ３
５がオン状態にあると判定された場合は、ＣＰＵ２８１
は、Ｓ４０９において内燃機関１の始動を開始させる。
具体的には、ＣＰＵ２８１は、スタータモータを作動さ
せるとともに燃料噴射弁１ｂを作動させる。

【００９７】Ｓ４１０では、ＣＰＵ２８１は、クランク
ポジションセンサ３０がパルス信号を出力する時間的な
間隔に基づいて内燃機関１の機関回転数：Neを算出す
る。

【００９８】Ｓ４１１では、ＣＰＵ２８１は、前記Ｓ４
１０で算出された機関回転数：Neが所定回転数（例え
ば、６００〜８００rpm）以上となったか否かを判別す
る。

【００９９】前記Ｓ４１１において前記機関回転数：Ne
が前記所定回転数未満であると判定された場合は、ＣＰ
Ｕ２８１は、内燃機関１が完爆していないとみなし、前
述したＳ４１０以降の処理を再度実行する。

【０１００】前記Ｓ４１１において前記機関回転数：Ne
が前記所定回転数以上であると判定された場合は、ＣＰ
Ｕ２８１は、内燃機関１が完爆したとみなし、Ｓ４１２
へ進む。

【０１０１】Ｓ４１２では、ＣＰＵ２８１は、三方切換
弁１９に対する駆動電力の印加を停止し、第１の燃焼ガ
ス排出通路１５ａと第２の燃焼ガス排出通路１５ｂとを
導通させる。

【０１０２】この場合、燃焼式ヒータ１３から排出され
た高温の燃焼ガスは、第１の燃焼ガス排出通路１５ａ及
び第２の燃焼ガス排出通路１５ｂを通じて吸気管３内へ
導かれ、吸気管３の上流から流れてきた空気とともに内
燃機関１の各気筒１ａに吸入されることになる。

【０１０３】この結果、燃焼ガスの熱が吸気管３、吸気
枝管２、吸気ポート、あるいは燃焼室などの壁面に伝達
されて壁面付着燃料量の減少や燃料の霧化促進を図るこ
とが可能となる上、各気筒１ａ内の圧縮端温度を高める
ことが可能となる。尚、内燃機関１の始動後における機
関回転数はクランキング時に比して十分に高くなり、そ
れに応じて吸入空気量もクランキング時に比して十分に
多くなるため、各気筒１ａ内に吸入されるガスにおいて
二酸化炭素（ＣＯ2）の量が酸素（Ｏ2）の量に比して過
剰に多くなることがない。従って、冷間始動後における
内燃機関１の燃焼状態を安定させることが可能となる。

【０１０４】このようにＣＰＵ２８１が始動時ヒータ制
御ルーチンを実行することにより、内燃機関１が冷間状
態で始動される場合は、少なくとも内燃機関１が完爆す
るまでの期間において内燃機関１に吸入される酸素量を
減少させることなく吸入空気を暖めることができるた
め、各気筒１ａ内で燃料を燃焼させるために必要となる
酸素量を確保しつつ燃料の霧化及び圧縮端温度の上昇を
図ることが可能となり、以て内燃機関１の始動性を向上
させることができる。

【０１０５】更に、本実施の形態に係る燃焼式ヒータを
有する内燃機関では、内燃機関１が完爆するまでの期間
において、燃焼式ヒータ１３の燃焼ガスが熱交換器１７
を経由した後に排気浄化触媒１１へ流入するよう構成さ
れているため、燃焼ガスの余熱により排気浄化触媒１１
を昇温させることが可能となり、以て冷間始動後の排気
エミッションを向上させることも可能となる。

【０１０６】尚、本実施の形態に係る燃焼式ヒータを有
する内燃機関は、少なくとも内燃機関１が完爆するまで
の期間において、燃焼式ヒータ１３から排出される全て
の燃焼ガスが熱交換器１７を経由して排気浄化触媒１１
へ導かれるよう構成されているが、燃焼式ヒータ１３か
ら排出される燃焼ガスの大部分が熱交換器１７を経由し
て排気浄化触媒１１へ供給され、且つ残りの一部の燃焼
ガスが吸気管３内へ供給されるようにしてもよい。

【０１０７】また、本実施の形態では、本発明に係る内
燃機関として軽油を燃料とする圧縮着火式内燃機関を例
に挙げたが、これに限られるものではなく、ガソリンを
燃料とし且つ希薄燃焼運転可能な火花点火式内燃機関で
あってもよい。

【０１０８】

【発明の効果】本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃
機関では、燃焼式ヒータから吸気管内へ供給される燃焼
ガス量を減少又は燃焼式ヒータから吸気管内への燃焼ガ
スの供給を停止させるとともに、燃焼ガスの熱を熱交換
器を介して吸気管内の吸気へ伝達させることにより、内
燃機関に吸入される酸素量を減少させることなく吸入空
気温度を高めることが可能となり、以て内燃機関の始動
時などに燃料の着火性や燃焼安定性を向上させることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す
図

【図２】 燃焼式ヒータの構成を示す図

【図３】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図

【図４】 始動時ヒータ制御ルーチンを示すフローチャ
ート図

【図５】 冷却水温度：Ｔwと予熱時間：Ｔとの関係を
示す図

【符号の説明】

１・・・・内燃機関 ３・・・・吸気管 １０・・・排気管 １１・・・排気浄化触媒 １３・・・燃焼式ヒータ １５・・・燃焼ガス排出通路 １５ａ・・第１の燃焼ガス排出通路 １５ｂ・・第２の燃焼ガス排出通路 １６・・・第１のバイパス通路 １７・・・熱交換器 １８・・・第２のバイパス通路 １９・・・三方切換弁 ２８・・・ＥＣＵ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関と独立した燃焼室を有する燃焼
   式ヒータと、 前記燃焼式ヒータから排出された燃焼ガスと前記内燃機
   関の吸気管を流れる吸入空気との間で熱交換を行う熱交
   換器と、を備えた燃焼式ヒータを有する内燃機関。
2. 【請求項２】 内燃機関と独立した燃焼室を有する燃焼
   式ヒータと、 前記内燃機関の吸気管に配置され、前記燃焼式ヒータか
   ら排出された燃焼ガスの熱を前記吸気管内を流れる吸入
   空気へ伝達させる熱交換器と、 前記燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスを前記熱交換
   器へ導く第１の燃焼ガス導入管と、 前記燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスを前記吸気管
   内へ導く第２の燃焼ガス導入管と、 前記燃焼式ヒータから前記第１の燃焼ガス導入管と前記
   第２の燃焼ガス導入管とへ流入する燃焼ガス量の比率を
   変更する流量比変更手段と、 少なくとも前記内燃機関が完爆するまでは、前記第１の
   燃焼ガス導入管へ流入する燃焼ガス量が前記第２の燃焼
   ガス導入管に流入する燃焼ガス量より多くなるよう前記
   流量比変更手段を制御する制御手段と、を備えることを
   特徴とする燃焼式ヒータを有する内燃機関。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、少なくとも前記内燃機
   関が完爆するまでは、前記燃焼式ヒータから排出される
   燃焼ガスの全てが前記第１の燃焼ガス導入管へ流入する
   よう前記流量比変更手段を制御することを特徴とする請
   求項２に記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。
4. 【請求項４】 前記内燃機関の排気管に配置された排気
   浄化触媒を更に備え、 前記第１の燃焼ガス導入管は、前記燃焼式ヒータから排
   出された燃焼ガスを前記熱交換器へ導くとともに、前記
   熱交換器を経由した燃焼ガスを前記排気浄化触媒より上
   流の前記排気管内へ導くことを特徴とする請求項２に記
   載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。