JP2004316497A - 燃焼式ヒータ付内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、前記燃焼式ヒータを利用して、排気浄化触媒と、内燃機関の暖機や車室内暖房装置等に使用される熱媒体の加熱との双方の加熱効率を向上させることが可能な技術を提供することを課題とする。
【解決手段】内燃機関（１）において、該内燃機関（１）とは独立して燃料を燃焼させる燃焼式ヒータ（７）を有し、該燃焼式ヒータ（７）から排出される排気（以下、ヒータ排気と称する）を排気浄化触媒（４）に導く触媒用通路（８）と、該ヒータ排気を熱交換器（５）に導く熱交換器用通路（９）とを別々に設け、該ヒータ排気の流路を触媒用通路（８）または熱交換器用通路（９）の何れか一方に選択的に切り換える。
【選択図】 図１
【解決手段】内燃機関（１）において、該内燃機関（１）とは独立して燃料を燃焼させる燃焼式ヒータ（７）を有し、該燃焼式ヒータ（７）から排出される排気（以下、ヒータ排気と称する）を排気浄化触媒（４）に導く触媒用通路（８）と、該ヒータ排気を熱交換器（５）に導く熱交換器用通路（９）とを別々に設け、該ヒータ排気の流路を触媒用通路（８）または熱交換器用通路（９）の何れか一方に選択的に切り換える。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼式ヒータ付内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、冷間状態にある内燃機関の早期暖機や車室内暖房性能の向上などを目的として、内燃機関とは独立して燃料を燃焼させる燃焼式ヒータを備えた内燃機関の開発が進められている。
【０００３】
このような燃焼式ヒータを備えた内燃機関としては、排気浄化触媒と冷却水用の熱交換器とを排気通路に備え、前記排気浄化触媒の下流側かつ前記熱交換器の上流側の排気通路に前記燃焼式ヒータから排出される排気を導入する内燃機関が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、排気通路に設けられた排気浄化触媒と、該排気浄化触媒より上流側の排気通路に設けられた冷却水用の熱交換器とを有する内燃機関において、前記熱交換器をバイパスして流れるバイパス通路を備え、前記内燃機関の排気を該バイパス通路に流通させ、前記排気浄化触媒の早期活性化を行う内燃機関が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４―２３０４１３号公報
【特許文献２】
特開平１１−２１８０２０号公報
【特許文献３】
特開２０００−１８６５４０号公報
【特許文献４】
特開２０００−１８６５４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１においても前記特許文献２においても、燃焼式ヒータから排出される排気あるいは内燃機関から排出される排気の熱によって排気浄化触媒または熱交換器内の冷却水の何れか一方の加熱を促進することができるように構成されているものの、他方の加熱を十分に行うことは困難であった。例えば、前記特許文献１においては燃焼式ヒータから排出される排気は熱交換器のみに供給され排気浄化触媒には供給されないため、該燃焼式ヒータから排出される排気の熱を用いて排気浄化触媒を加熱することは出来なかった。また、前記特許文献２においては、内燃機関の排気は熱交換器よりも排気浄化触媒に優先的に供給されるため、該熱交換器での冷却水の効率的な加熱は困難であった。
【０００７】
本発明は、前記燃焼式ヒータを利用して、排気浄化触媒と、内燃機関の暖機や車室内暖房装置等に使用される熱媒体の加熱との双方の加熱効率を向上させることが可能な技術を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
即ち、本発明は、内燃機関において、該内燃機関とは独立して燃料を燃焼させる燃焼式ヒータを有し、該燃焼式ヒータから排出される排気（以下、ヒータ排気と称する）を排気浄化触媒に導く触媒用通路と、該ヒータ排気を熱交換器に導く熱交換器用通路とを別々に設け、該ヒータ排気の流路を触媒用通路または熱交換器用通路の何れか一方に選択的に切り換えることで、内燃機関から排出される排気の熱と前記ヒータ排気の熱とによって、排気浄化触媒の活性化と熱媒体の加熱との双方をより効率的に行うものである。
【０００９】
より詳しくは、本発明に係る燃焼式ヒータ付内燃機関は、
内燃機関とは独立して燃料を燃焼させる燃焼式ヒータと、
前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記排気通路に設けられ、排気と熱媒体との熱交換を行う熱交換器と、
ヒータ排気を前記排気浄化触媒に導く触媒用通路と、
ヒータ排気を前記熱交換器に導く熱交換器用通路と、
ヒータ排気が流通する通路を前記触媒用通路または前記熱交換器用通路の何れか一方に選択的に切り換える通路切換手段と、
を備える構成とした。
【００１０】
上記構成によれば、ヒータ排気を排気浄化触媒または熱交換器に選択的に直接（排気浄化触媒供給するときは熱交換器を介さずに、また熱交換器に供給するときは排気浄化触媒を介さずに）供給することが出来るため、排気浄化触媒と熱交換器との双方の加熱効率を向上させることが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る燃焼式ヒータ付内燃機関において、前記排気浄化触媒を、酸化雰囲気のときはＮＯｘを吸蔵し、還元雰囲気のときは吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒とした場合、該ＮＯｘ触媒の排気浄化能力を再生させる触媒再生制御を実行するときは、通路切換弁によって、ヒータ排気が流通する通路を触媒用通路に切り換えると共に、燃焼式ヒータでの燃料の燃焼を停止して、燃焼式ヒータから排気浄化触媒に燃料を供給しても良い。
【００１２】
前記したようなＮＯｘ触媒の排気浄化能力を再生させるべく該ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるには、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするために該ＮＯｘ触媒に還元剤を供給することが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、燃焼式ヒータからＮＯｘ触媒に還元剤として燃料を供給することが可能となるため、還元剤供給のための装置を別に設けることなく触媒再生制御をより好適に実行することが出来る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃焼式ヒータ付内燃機関の具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本実施の実施の形態に係る燃焼式ヒータ付内燃機関およびその排気系の概略構成を示す図である。
図２〜４は、本実施の形態に係る燃焼式ヒータ付内燃機関における内燃機関１から排出される排気および燃焼式ヒータ７から排出されるヒータ排気の流路を示す図である。
図５は、本実施の形態に係る燃焼式ヒータ付内燃機関において排気浄化触媒４に還元剤を供給するときの還元剤の供給路を示す図である。
【００１６】
内燃機関１には、図示しない気筒内へ供給される吸気（空気）が流通する吸気管２と、該気筒から排出される排気が流通する排気管３とが接続されている。該排気管３の途中には排気浄化触媒４が設けられている。
【００１７】
本実施の形態においては、該排気浄化触媒４を、周囲雰囲気が高酸素濃度状態であるときは排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、周囲雰囲気が低酸素濃度状態であり、且つ還元成分が存在するときは、吸蔵されたＮＯｘを還元する、いわゆる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とする。
尚、この排気浄化触媒４を、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持し排気中の煤等の微粒子を酸化・除去するＤＰＮＲ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒としても良い。また、ＮＯｘ吸蔵能を有していない選択還元型ＮＯｘ触媒や三元触媒等の排気浄化触媒としても良い。
【００１８】
排気浄化触媒４の上流側および該排気浄化触媒４の下流側の排気管３には、該排気管３内を流れる排気の温度に対応した電気信号を出力する上流側排気温度センサ２０および下流側排気温度センサ２１がそれぞれ設置されている。
【００１９】
また、下流側排気温度センサ２１より下流側の排気管３には、本発明に係る熱媒体に相当する冷却水が内部を流通する熱交換器５が設けられており、該熱交換器５において、排気管３を流通する排気と冷却水との熱交換が行われている。排気管３は該熱交換器５より下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【００２０】
熱交換器５には、前記冷却水が流通する冷却水通路１３が連通されており、該冷却水通路１３は、内燃機関１および車室内暖房機のヒータコア１４にも連通されている。前記冷却水は、図示しないポンプによって、熱交換器５および内燃機関１、ヒータコア１４等を介して該冷却水通路１３を循環している。また、該冷却水通路１３には、熱交換器５から流出した冷却水の温度に対応した電気信号を出力する冷却水温度センサ２３が設置されている。
【００２１】
尚、冷却水通路１３の途中には、ヒータコア１４以外の図示されていない機関関連要素、例えば、冷却水と変速機用油との間で熱交換を行うウォーマ等が設置されていても良い。
【００２２】
次に、本実施の形態に係る燃焼式ヒータについて説明する。
本実施の形態に係る内燃機関１には燃焼式ヒータ７が併設されている。該燃焼式ヒータ７は、内燃機関１とは独立して該内燃機関１用の燃料を燃焼させる燃焼室１２を内部に備えている。また、該燃焼式ヒータ７には、空気供給部（図示せず）と燃料供給部１１とが設けられており、前記燃焼室１２内には、吸気管２内を流れる空気の一部が図示しない空気供給路を通って該空気供給部から供給されると共に、内燃機関１の気筒内に供給される燃料と同じ燃料が該燃料供給部１１から供給される。
【００２３】
該燃料供給部１１は、燃料供給路１６、燃料調整弁１７等から形成されており、該燃料供給路１６の一端が燃焼室１２内に突出し、他端が図示しない燃料タンクに連通している。また、前記燃料調節弁１７によって、燃焼室１２内への燃料の供給時期と供給量とが制御される。
【００２４】
前記燃料供給部１１から供給された燃料は、前記燃焼室１２内に設けられた燃料気化部（図示せず）によって気化され、前記空気供給部から供給された空気と混合気を形成する。前記燃焼室１２内には、バッテリ（図示せず）からの通電によって発熱するグロープラグ１０が設けられており、前記混合気は該グロープラグ１０によって着火され燃焼する。
【００２５】
さらに、前記燃焼式ヒータ７には、ヒータ排気通路１５が連通されており、前記燃焼室１２内での前記混合気の燃焼により発生したヒータ排気が該ヒータ排気通路１５に排出される。
【００２６】
ヒータ排気通路１５は、前記上流側排気温度センサ２０より上流側の排気管３と一端が連通している触媒用通路８の他端、および、前記下流側排気温度センサ２１より下流側、且つ前記熱交換器５より上流側の排気管３と一端が連通している熱交換器用通路９の他端が連通している。また、ヒータ排気通路１５と、触媒用通路８と、熱交換器用通路９との接続部には、通路切換弁６が設置されており、該通路切換弁６によって、ヒータ排気通路１５を通ったヒータ排気の流路が触媒用通路８または熱交換器用通路９の何れか一方に切り換えられる。
【００２７】
以上述べたように構成された内燃機関１および燃焼式ヒータ７には、該内燃機関１および燃焼式ヒータを制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３５が併設されている。
【００２８】
ＥＣＵ３５には、上流側排気温度センサ２０、下流側排気温度センサ２１、冷却水温度センサ２３等の各種センサが電気配線を介して接続され出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ３５には、燃料調節弁１６、グロープラグ１０、通路切換弁６等が電気配線を介して接続され、上記各部がＥＣＵ３５によって制御されるようになっている。
【００２９】
また、ＥＣＵ３５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、例えば、上流側排気温度センサ２０と下流側排気温度センサ２１との出力信号に基づきＮＯｘ触媒２０の床温を算出する。
【００３０】
次に、本実施の形態に係る燃焼式ヒータ付内燃機関における内燃機関１から排出される排気および燃焼式ヒータ７から排出されるヒータ排気の流路について以下に説明する。
【００３１】
本実施の形態に係る燃焼式ヒータ付内燃機関においては、内燃機関１から排出される排気は排気浄化触媒４と熱交換器５との両方を常時流れる。そのため、該排気の熱によって排気浄化触媒４の活性化と熱交換器５での冷却水の加熱との双方が行われる。
【００３２】
さらに、本実施の形態に係る燃焼式ヒータ付内燃機関において、例えば、常温時において内燃機関１を始動した直後や、内燃機関１が運転中であって車室内暖房機を使用しないとき等のように、冷却水の加熱よりも排気浄化触媒４の活性化が優先される場合は、通路切換弁６によってヒータ排気通路１５と触媒用通路８とが連通される。従って、図２に示すように、燃焼式ヒータ７から排出されたヒータ排気は熱交換器５を通ることなく排気浄化触媒４に流入する。
【００３３】
そのため、内燃機関１から排出される排気の熱に加え該ヒータ排気の熱によって排気浄化触媒４の活性化がより促進される。従って、排気エミッションの向上を図ることが出来る。
【００３４】
また、例えば、車室内暖房機を使用するときや、内燃機関１の暖機が必要なときであり、且つ排気浄化触媒４が活性化した状態にあるとき等のように、排気浄化触媒４の昇温よりも冷却水の加熱が優先される場合は、通路切換弁６によってヒータ排気通路１５と熱交換器用通路９とが連通される。従って、図３に示すように、燃焼式ヒータ１１から排出されたヒータ排気は排気浄化触媒４を通ることなく熱交換器５に流入する。
【００３５】
そのため、内燃機関１から排出される排気の熱に加え該ヒータ排気の熱によって熱交換器５での冷却水の加熱がより促進される。従って、車室内暖房性の向上を図ることが出来る。また、内燃機関１や機関関連要素の暖機促進が可能となり、フリクションが低減し燃費の向上を図ることが出来る。
【００３６】
また、内燃機関１が停止しているときに、車室内暖房機を使用する場合または内燃機関１を暖機する場合は、通路切換弁６によって、ヒータ排気通路１５と熱交換器用通路９とが連通される。従って、図４に示すように、燃焼式ヒータ１１から排出されたヒータ排気が排気浄化触媒４を通ることなく熱交換器５に流入する。
【００３７】
そのため、該ヒータ排気の熱によって熱交換器５において冷却水が加熱される。従って、ヒータコア１４が昇温され車室内の暖房を効率的に行うことが可能となる。または、内燃機関１の暖機を効率的に行うことが可能となる。
【００３８】
さらに、本実施の形態に係る燃焼式ヒータ付内燃機関においては、内燃機関１の始動前であっても、ヒータ排気通路１５と触媒用通路８とを連通させることにより、熱交換器５を介すことなくヒータ排気を排気浄化触媒４に流入させ、ヒータ排気の熱によって排気浄化触媒４を活性化させることが可能となる。そのため、内燃機関１の始動直後の排気エミッションを向上させることが出来る。
【００３９】
本実施の形態に係る燃焼式ヒータ付内燃機関において、排気浄化触媒４に吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元制御や、該排気浄化触媒４に吸蔵されたＳＯｘを脱離させるＳＯｘ被毒回復制御等の制御（以下、これらの制御を総称して触媒再生制御とする。また、排気浄化触媒４を前記ＤＰＮＲ触媒とした場合、該触媒再生制御には該ＤＰＮＲ触媒に堆積したＰＭを酸化・除去するＰＭ再生制御も含まれる。）を実行するときに、排気浄化触媒４に還元剤を供給する場合は、通路切換弁６によってヒータ排気通路１５と触媒用通路８とが連通されると共に、グロープラグ１０への通電をＯＦＦとすることによって燃焼式ヒータ７での燃料の燃焼が停止される。このため、図５に示すように、燃焼式ヒータ７に供給された燃料は、燃焼することなくヒータ排気通路１５と触媒用通路８、排気管３とを通って排気浄化触媒４に供給される。
【００４０】
そのため、排気浄化触媒４に還元剤を供給する装置を別に設けることなく触媒再生制御をより好適に実行することが出来る。
【００４１】
次に、本実施の形態に係る燃焼式ヒータ７および通路切換弁６の制御の一実施形態について図６および図７に示すフローチャートに基づき説明する。
図６および図７は、本実施の形態に係る燃焼式ヒータ７および通路切換弁６の制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、ＥＣＵ３５の起動後、該ＥＣＵ３５によって所定時間毎に繰り返し実行されるルーチンであり、該ＥＣＵ３５内のＲＯＭに予め記憶されている。
尚、図６のＡ、Ｂと図７のＡ、Ｂとは同じフローを表すものである。
【００４２】
ここで、ＥＣＵ３５の起動条件としては、内燃機関の始動前暖機開始信号が発信されたとき（例えば、運転席側のドアが開けられたとき）、車室内暖房機のスイッチがＯＮとなったとき、イグニッションがＯＮとなったとき等が例示出来る。
【００４３】
本ルーチンにおいて、ＥＣＵ３５は、先ずＳ１０１において内燃機関１が運転中であるか否かを判別する。
【００４４】
前記Ｓ１０１において、内燃機関１が運転中であると判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０２に進み、排気浄化触媒４の前記触媒再生制御を実行する条件が成立したか否かを判別する。
【００４５】
前記触媒再生制御実行条件としては、燃料の積算消費量に基づき算出された排気浄化触媒４でのＮＯｘまたはＳＯｘの吸蔵量やＰＭの堆積量が予め定められた所定量以上となった場合等が例示出来る。
【００４６】
前記Ｓ１０２において、触媒再生制御実行条件が成立していないと判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０３に進み、排気浄化触媒４の床温が図８に示す第１所定触媒床温ＴＣＬより低いか否かを判別する。
【００４７】
ここで、前記第１所定触媒床温ＴＣＬは、冷却水の加熱よりも排気浄化触媒４の活性化が優先される温度であり、即ち、排気浄化触媒４が活性化する温度である。該第１所定触媒床温ＴＣＬは、実験的または経験的に予め定められており、ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されている。
【００４８】
前記Ｓ１０３において、排気浄化触媒４の床温が第１所定触媒床温ＴＣＬより低いと判定されたときは、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０４に進み、通路切換弁６によって、ヒータ排気通路１５と触媒用通路８とを連通させる。
【００４９】
前記Ｓ１０４において、ヒータ排気通路１５と触媒用通路８とを連通させたＥＣＵ３５は、次に、Ｓ１０５に進む。
【００５０】
ここで、前記Ｓ１０１に戻り、前記Ｓ１０１において、内燃機関１が停止中であると判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１１０に進み、車室内暖房機のスイッチがＯＮとなっているか否か（即ち、車室内暖房の要求があるか否か）を判別する。
【００５１】
前記Ｓ１１０において、車室内暖房機のスイッチがＯＮとなっていると判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１１１に進み、冷却水温度センサ２３によって検出される冷却水の温度（以下、冷却水温と称する）が、図８に示す第１所定冷却水温ＴＷＬより低いか否かを判別する。
【００５２】
ここで、前記第１所定冷却水温ＴＷＬは、排気浄化触媒４の床温が前記第１所定触媒床温ＴＣＬ以上となっている場合、排気浄化触媒４の昇温より冷却水の加熱が優先される温度である。該第１所定冷却水温ＴＷＬは、実験的または経験的に予め定められており、ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されている。
【００５３】
前記Ｓ１１１において、冷却水温が、第１所定冷却水温ＴＷＬより低いと判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１１２に進み、通路切換弁６によって、ヒータ排気通路１５と熱交換器用通路８とを連通させる。
【００５４】
前記Ｓ１１２において、ヒータ排気通路１５と熱交換器用通路９とを連通させたＥＣＵ３５は、次に、前記Ｓ１０５に進む。
【００５５】
ここで、前記Ｓ１０３に戻り、前記Ｓ１０３において、排気浄化触媒４の床温が第１所定触媒床温ＴＣＬ以上と判定されたときは、ＥＣＵ３５は、前記Ｓ１１１に進む。
【００５６】
前記Ｓ１０５において、ＥＣＵ３５は、燃焼式ヒータ７が作動しているか否かを判別する。
【００５７】
前記Ｓ１０５において、燃焼式ヒータ７が作動していると判定された場合、ＥＣＵ３５はＳ１０７に進み、一方、前記Ｓ１０５において、燃焼式ヒータ７が停止していると判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０６に進み、燃焼式ヒータ７を作動させ、次に、前記Ｓ１０７に進む。
【００５８】
前記Ｓ１０７において、ＥＣＵ３５は、排気浄化触媒４の床温が図８に示す第２所定触媒床温ＴＣＨ以上か否かを判別する。
【００５９】
ここで、前記第２所定触媒床温ＴＣＨは排気浄化触媒４の劣化が促進する、または排気浄化触媒４が溶損（破損）する温度である。該第２所定触媒床温ＴＣＨは実験的または経験的に予め定められており、ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されている。
【００６０】
前記Ｓ１０７において、排気浄化触媒４の床温が第２所定触媒床温ＴＣＨより低いと判定された場合、ＥＣＵ３５は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６１】
一方、前記Ｓ１０７において、排気浄化触媒４の温度が第２所定触媒床温ＴＣＨ以上と判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０８に進み、冷却水が図８に示す第２所定冷却水温ＴＷＨ以上か否かを判別する。
【００６２】
ここで、前記第２所定冷却水温ＴＷＨは、冷却水の温度が過昇温と判断される下限値（例えば、内燃機関１のサーモスタットが開く温度）である。該第２所定冷却水温ＴＷＨは実験的または経験的に予め定められており、ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されている。
【００６３】
前記１０８において、冷却水温が前記第２所定冷却水温ＴＷＨ以上と判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０９に進み、燃焼式ヒータ７を停止させて本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６４】
一方、前記Ｓ１０８において、冷却水温が前記第２所定冷却水温ＴＷＨより低いと判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１１３に進み、通路切換弁６によって、ヒータ排気通路１５と熱交換器用通路９とを連通させて本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６５】
ここで、前記Ｓ１１０に戻り、前記Ｓ１１０において、車室内暖房機のスイッチがＯＦＦとなっていると判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１１４に進み、燃焼式ヒータ７が作動しているか否かを判別する。
【００６６】
前記Ｓ１１４において、燃焼式ヒータ７が作動していると判定された場合、ＥＣＵ３５は、前記Ｓ１０７に進む。
【００６７】
一方、前記Ｓ１１４において、燃焼式ヒータ７が作動していないと判定された場合、ＥＣＵ３５は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６８】
また、ここで前記Ｓ１０２に戻り、前記Ｓ１０２において、排気浄化触媒４の触媒再生制御を実行する条件が成立していると判定された場合、ＥＣＵ３５は、図７に示すＳ１２１に進む。
【００６９】
前記Ｓ１２１において、ＥＣＵ３５は、通路切換弁６によって、ヒータ排気通路１５と触媒通路８とを連通させる。
【００７０】
次に、ＥＣＵ３５は、Ｓ１２２に進み、排気浄化触媒４への還元剤供給実行条件が成立したか否かを判別する。
【００７１】
ここで、還元剤供給実行条件としては、排気浄化触媒４の床温が、ＮＯｘ還元制御やＳＯｘ被毒回復制御等の触媒再生制御毎に定められた所定温度以上となった場合が例示できる。
【００７２】
前記Ｓ１２２において、排気浄化触媒４への還元剤供給実行条件が成立していないと判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１２８に進み、排気浄化触媒４の昇温制御を実行する。
【００７３】
ここで、前記昇温制御としては、▲１▼内燃機関１の気筒内においてピストンが上死点近傍にある時に該気筒内の燃焼室に燃料が噴射される主噴射に加え、前記ピストンが膨張行程または排気行程にあるときにさらに該燃焼室に燃料を副噴射する、▲２▼内燃機関１の気筒内の燃焼室への燃料噴射時期を遅角させる、▲３▼内燃機関１の気筒内の燃焼室に供給される吸入空気量を減少させる等の制御が例示出来る。
【００７４】
前記Ｓ１２８において、昇温制御を実行したＥＣＵ３５は、前記Ｓ１２２に戻る。
【００７５】
一方、前記Ｓ１２２において、排気浄化触媒４への還元剤供給実行条件が成立していると判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１２３に進み、燃焼式ヒータ７のグロープラグ１０への通電を停止する。
【００７６】
次に、ＥＣＵ３５は、Ｓ１２４に進み、燃焼式ヒータ７からヒータ排気通路１５と触媒用通路８、排気管３を介して排気浄化触媒４に還元剤として燃料を供給する。
【００７７】
次に、ＥＣＵ３５は、Ｓ１２５に進み、排気浄化触媒４の前記触媒再生制御の終了条件が成立したか否かを判別する。
【００７８】
ここで、前記触媒再生制御の終了条件としては、燃焼式ヒータ７から排気浄化触媒４への燃料供給が開始されから所定時間が経過した場合等が例示出来る。
【００７９】
前記Ｓ１２５において、排気浄化触媒４の触媒再生制御の終了条件が成立していないと判定された場合、ＥＣＵ３５は、前記Ｓ１２４に戻る。
【００８０】
一方、前記Ｓ１２５において、排気浄化触媒４の触媒再生制御の終了条件が成立していると判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１２６に進み、燃焼式ヒータ７から排気浄化触媒４への燃料の供給を停止し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００８１】
以上のような制御によれば、排気浄化触媒４の床温が低く、冷却水の加熱よりも該排気浄化触媒４の活性化が優先される場合は、ヒータ排気は熱交換器５を通ることなく排気浄化触媒４に流入する。そのため、排気浄化触媒４の活性化が促進される。
【００８２】
また、内燃機関１の停止中に車室内暖房の要求があったとき、または、排気浄化触媒４が活性化した後のように、排気浄化触媒４の昇温より冷却水の加熱が優先される場合は、ヒータ排気は排気触媒４を通ることなく熱交換器５に流入する。そのため、熱交換器５での冷却水の加熱が促進される。
【００８３】
また、排気浄化触媒４の触媒再生制御を実行するときは、燃焼式ヒータ７から排気浄化触媒４に還元剤として燃料が供給される。
【００８４】
【発明の効果】
本発明に係る燃焼式ヒータ付内燃機関によれば、内燃機関から排出される排気と燃焼式ヒータから排出されるヒータ排気とによって、排気浄化触媒と、内燃機関の暖機や車室内暖房装置等に使用される熱媒体の加熱との双方の加熱効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃焼式ヒータ付内燃機関およびその排気系の概略構成を示す図。
【図２】冷却水の加熱よりも排気浄化触媒の活性化が優先される場合のヒータ排気の流路を示す図。
【図３】排気浄化触媒の昇温よりも冷却水の加熱が優先される場合のヒータ排気の流路を示す図。
【図４】内燃機関が停止しているときに、車室内暖房機を使用する場合または内燃機関を暖機する場合のヒータ排気の流路を示す図。
【図５】排気浄化触媒の触媒再生制御を実行するときの排気浄化触媒への還元剤の供給経路を示す図。
【図６】燃焼式ヒータおよび通路切換弁の制御ルーチンを示す第１のフローチャート。
【図７】燃焼式ヒータおよび通路切換弁の制御ルーチンを示す第２のフローチャート。
【図８】排気浄化触媒の床温および冷却水温と燃焼式ヒータおよび通路切換弁の制御との関係を示す図。
【符号の説明】
１・・・内燃機関
２・・・吸気管
３・・・排気管
４・・・排気浄化触媒
５・・・熱交換器
６・・・通路切換弁
７・・・燃焼式ヒータ
８・・・触媒用通路
９・・・熱交換器用通路
１０・・グロープラグ
１１・・燃料供給部
１２・・燃焼室
１３・・冷却水通路
１４・・ヒータコア
１６・・燃料供給路
１７・・燃料調節弁
２０・・上流側排気温度センサ
２１・・下流側排気温度センサ
２３・・冷却水温度センサ
３５・・ＥＣＵ
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼式ヒータ付内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、冷間状態にある内燃機関の早期暖機や車室内暖房性能の向上などを目的として、内燃機関とは独立して燃料を燃焼させる燃焼式ヒータを備えた内燃機関の開発が進められている。
【０００３】
このような燃焼式ヒータを備えた内燃機関としては、排気浄化触媒と冷却水用の熱交換器とを排気通路に備え、前記排気浄化触媒の下流側かつ前記熱交換器の上流側の排気通路に前記燃焼式ヒータから排出される排気を導入する内燃機関が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、排気通路に設けられた排気浄化触媒と、該排気浄化触媒より上流側の排気通路に設けられた冷却水用の熱交換器とを有する内燃機関において、前記熱交換器をバイパスして流れるバイパス通路を備え、前記内燃機関の排気を該バイパス通路に流通させ、前記排気浄化触媒の早期活性化を行う内燃機関が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平４―２３０４１３号公報
【特許文献２】
特開平１１−２１８０２０号公報
【特許文献３】
特開２０００−１８６５４０号公報
【特許文献４】
特開２０００−１８６５４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１においても前記特許文献２においても、燃焼式ヒータから排出される排気あるいは内燃機関から排出される排気の熱によって排気浄化触媒または熱交換器内の冷却水の何れか一方の加熱を促進することができるように構成されているものの、他方の加熱を十分に行うことは困難であった。例えば、前記特許文献１においては燃焼式ヒータから排出される排気は熱交換器のみに供給され排気浄化触媒には供給されないため、該燃焼式ヒータから排出される排気の熱を用いて排気浄化触媒を加熱することは出来なかった。また、前記特許文献２においては、内燃機関の排気は熱交換器よりも排気浄化触媒に優先的に供給されるため、該熱交換器での冷却水の効率的な加熱は困難であった。
【０００７】
本発明は、前記燃焼式ヒータを利用して、排気浄化触媒と、内燃機関の暖機や車室内暖房装置等に使用される熱媒体の加熱との双方の加熱効率を向上させることが可能な技術を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
即ち、本発明は、内燃機関において、該内燃機関とは独立して燃料を燃焼させる燃焼式ヒータを有し、該燃焼式ヒータから排出される排気（以下、ヒータ排気と称する）を排気浄化触媒に導く触媒用通路と、該ヒータ排気を熱交換器に導く熱交換器用通路とを別々に設け、該ヒータ排気の流路を触媒用通路または熱交換器用通路の何れか一方に選択的に切り換えることで、内燃機関から排出される排気の熱と前記ヒータ排気の熱とによって、排気浄化触媒の活性化と熱媒体の加熱との双方をより効率的に行うものである。
【０００９】
より詳しくは、本発明に係る燃焼式ヒータ付内燃機関は、
内燃機関とは独立して燃料を燃焼させる燃焼式ヒータと、
前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記排気通路に設けられ、排気と熱媒体との熱交換を行う熱交換器と、
ヒータ排気を前記排気浄化触媒に導く触媒用通路と、
ヒータ排気を前記熱交換器に導く熱交換器用通路と、
ヒータ排気が流通する通路を前記触媒用通路または前記熱交換器用通路の何れか一方に選択的に切り換える通路切換手段と、
を備える構成とした。
【００１０】
上記構成によれば、ヒータ排気を排気浄化触媒または熱交換器に選択的に直接（排気浄化触媒供給するときは熱交換器を介さずに、また熱交換器に供給するときは排気浄化触媒を介さずに）供給することが出来るため、排気浄化触媒と熱交換器との双方の加熱効率を向上させることが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る燃焼式ヒータ付内燃機関において、前記排気浄化触媒を、酸化雰囲気のときはＮＯｘを吸蔵し、還元雰囲気のときは吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒とした場合、該ＮＯｘ触媒の排気浄化能力を再生させる触媒再生制御を実行するときは、通路切換弁によって、ヒータ排気が流通する通路を触媒用通路に切り換えると共に、燃焼式ヒータでの燃料の燃焼を停止して、燃焼式ヒータから排気浄化触媒に燃料を供給しても良い。
【００１２】
前記したようなＮＯｘ触媒の排気浄化能力を再生させるべく該ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させるには、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を還元雰囲気とするために該ＮＯｘ触媒に還元剤を供給することが好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、燃焼式ヒータからＮＯｘ触媒に還元剤として燃料を供給することが可能となるため、還元剤供給のための装置を別に設けることなく触媒再生制御をより好適に実行することが出来る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃焼式ヒータ付内燃機関の具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は、本実施の実施の形態に係る燃焼式ヒータ付内燃機関およびその排気系の概略構成を示す図である。
図２〜４は、本実施の形態に係る燃焼式ヒータ付内燃機関における内燃機関１から排出される排気および燃焼式ヒータ７から排出されるヒータ排気の流路を示す図である。
図５は、本実施の形態に係る燃焼式ヒータ付内燃機関において排気浄化触媒４に還元剤を供給するときの還元剤の供給路を示す図である。
【００１６】
内燃機関１には、図示しない気筒内へ供給される吸気（空気）が流通する吸気管２と、該気筒から排出される排気が流通する排気管３とが接続されている。該排気管３の途中には排気浄化触媒４が設けられている。
【００１７】
本実施の形態においては、該排気浄化触媒４を、周囲雰囲気が高酸素濃度状態であるときは排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、周囲雰囲気が低酸素濃度状態であり、且つ還元成分が存在するときは、吸蔵されたＮＯｘを還元する、いわゆる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とする。
尚、この排気浄化触媒４を、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持し排気中の煤等の微粒子を酸化・除去するＤＰＮＲ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒としても良い。また、ＮＯｘ吸蔵能を有していない選択還元型ＮＯｘ触媒や三元触媒等の排気浄化触媒としても良い。
【００１８】
排気浄化触媒４の上流側および該排気浄化触媒４の下流側の排気管３には、該排気管３内を流れる排気の温度に対応した電気信号を出力する上流側排気温度センサ２０および下流側排気温度センサ２１がそれぞれ設置されている。
【００１９】
また、下流側排気温度センサ２１より下流側の排気管３には、本発明に係る熱媒体に相当する冷却水が内部を流通する熱交換器５が設けられており、該熱交換器５において、排気管３を流通する排気と冷却水との熱交換が行われている。排気管３は該熱交換器５より下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【００２０】
熱交換器５には、前記冷却水が流通する冷却水通路１３が連通されており、該冷却水通路１３は、内燃機関１および車室内暖房機のヒータコア１４にも連通されている。前記冷却水は、図示しないポンプによって、熱交換器５および内燃機関１、ヒータコア１４等を介して該冷却水通路１３を循環している。また、該冷却水通路１３には、熱交換器５から流出した冷却水の温度に対応した電気信号を出力する冷却水温度センサ２３が設置されている。
【００２１】
尚、冷却水通路１３の途中には、ヒータコア１４以外の図示されていない機関関連要素、例えば、冷却水と変速機用油との間で熱交換を行うウォーマ等が設置されていても良い。
【００２２】
次に、本実施の形態に係る燃焼式ヒータについて説明する。
本実施の形態に係る内燃機関１には燃焼式ヒータ７が併設されている。該燃焼式ヒータ７は、内燃機関１とは独立して該内燃機関１用の燃料を燃焼させる燃焼室１２を内部に備えている。また、該燃焼式ヒータ７には、空気供給部（図示せず）と燃料供給部１１とが設けられており、前記燃焼室１２内には、吸気管２内を流れる空気の一部が図示しない空気供給路を通って該空気供給部から供給されると共に、内燃機関１の気筒内に供給される燃料と同じ燃料が該燃料供給部１１から供給される。
【００２３】
該燃料供給部１１は、燃料供給路１６、燃料調整弁１７等から形成されており、該燃料供給路１６の一端が燃焼室１２内に突出し、他端が図示しない燃料タンクに連通している。また、前記燃料調節弁１７によって、燃焼室１２内への燃料の供給時期と供給量とが制御される。
【００２４】
前記燃料供給部１１から供給された燃料は、前記燃焼室１２内に設けられた燃料気化部（図示せず）によって気化され、前記空気供給部から供給された空気と混合気を形成する。前記燃焼室１２内には、バッテリ（図示せず）からの通電によって発熱するグロープラグ１０が設けられており、前記混合気は該グロープラグ１０によって着火され燃焼する。
【００２５】
さらに、前記燃焼式ヒータ７には、ヒータ排気通路１５が連通されており、前記燃焼室１２内での前記混合気の燃焼により発生したヒータ排気が該ヒータ排気通路１５に排出される。
【００２６】
ヒータ排気通路１５は、前記上流側排気温度センサ２０より上流側の排気管３と一端が連通している触媒用通路８の他端、および、前記下流側排気温度センサ２１より下流側、且つ前記熱交換器５より上流側の排気管３と一端が連通している熱交換器用通路９の他端が連通している。また、ヒータ排気通路１５と、触媒用通路８と、熱交換器用通路９との接続部には、通路切換弁６が設置されており、該通路切換弁６によって、ヒータ排気通路１５を通ったヒータ排気の流路が触媒用通路８または熱交換器用通路９の何れか一方に切り換えられる。
【００２７】
以上述べたように構成された内燃機関１および燃焼式ヒータ７には、該内燃機関１および燃焼式ヒータを制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３５が併設されている。
【００２８】
ＥＣＵ３５には、上流側排気温度センサ２０、下流側排気温度センサ２１、冷却水温度センサ２３等の各種センサが電気配線を介して接続され出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ３５には、燃料調節弁１６、グロープラグ１０、通路切換弁６等が電気配線を介して接続され、上記各部がＥＣＵ３５によって制御されるようになっている。
【００２９】
また、ＥＣＵ３５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、例えば、上流側排気温度センサ２０と下流側排気温度センサ２１との出力信号に基づきＮＯｘ触媒２０の床温を算出する。
【００３０】
次に、本実施の形態に係る燃焼式ヒータ付内燃機関における内燃機関１から排出される排気および燃焼式ヒータ７から排出されるヒータ排気の流路について以下に説明する。
【００３１】
本実施の形態に係る燃焼式ヒータ付内燃機関においては、内燃機関１から排出される排気は排気浄化触媒４と熱交換器５との両方を常時流れる。そのため、該排気の熱によって排気浄化触媒４の活性化と熱交換器５での冷却水の加熱との双方が行われる。
【００３２】
さらに、本実施の形態に係る燃焼式ヒータ付内燃機関において、例えば、常温時において内燃機関１を始動した直後や、内燃機関１が運転中であって車室内暖房機を使用しないとき等のように、冷却水の加熱よりも排気浄化触媒４の活性化が優先される場合は、通路切換弁６によってヒータ排気通路１５と触媒用通路８とが連通される。従って、図２に示すように、燃焼式ヒータ７から排出されたヒータ排気は熱交換器５を通ることなく排気浄化触媒４に流入する。
【００３３】
そのため、内燃機関１から排出される排気の熱に加え該ヒータ排気の熱によって排気浄化触媒４の活性化がより促進される。従って、排気エミッションの向上を図ることが出来る。
【００３４】
また、例えば、車室内暖房機を使用するときや、内燃機関１の暖機が必要なときであり、且つ排気浄化触媒４が活性化した状態にあるとき等のように、排気浄化触媒４の昇温よりも冷却水の加熱が優先される場合は、通路切換弁６によってヒータ排気通路１５と熱交換器用通路９とが連通される。従って、図３に示すように、燃焼式ヒータ１１から排出されたヒータ排気は排気浄化触媒４を通ることなく熱交換器５に流入する。
【００３５】
そのため、内燃機関１から排出される排気の熱に加え該ヒータ排気の熱によって熱交換器５での冷却水の加熱がより促進される。従って、車室内暖房性の向上を図ることが出来る。また、内燃機関１や機関関連要素の暖機促進が可能となり、フリクションが低減し燃費の向上を図ることが出来る。
【００３６】
また、内燃機関１が停止しているときに、車室内暖房機を使用する場合または内燃機関１を暖機する場合は、通路切換弁６によって、ヒータ排気通路１５と熱交換器用通路９とが連通される。従って、図４に示すように、燃焼式ヒータ１１から排出されたヒータ排気が排気浄化触媒４を通ることなく熱交換器５に流入する。
【００３７】
そのため、該ヒータ排気の熱によって熱交換器５において冷却水が加熱される。従って、ヒータコア１４が昇温され車室内の暖房を効率的に行うことが可能となる。または、内燃機関１の暖機を効率的に行うことが可能となる。
【００３８】
さらに、本実施の形態に係る燃焼式ヒータ付内燃機関においては、内燃機関１の始動前であっても、ヒータ排気通路１５と触媒用通路８とを連通させることにより、熱交換器５を介すことなくヒータ排気を排気浄化触媒４に流入させ、ヒータ排気の熱によって排気浄化触媒４を活性化させることが可能となる。そのため、内燃機関１の始動直後の排気エミッションを向上させることが出来る。
【００３９】
本実施の形態に係る燃焼式ヒータ付内燃機関において、排気浄化触媒４に吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元制御や、該排気浄化触媒４に吸蔵されたＳＯｘを脱離させるＳＯｘ被毒回復制御等の制御（以下、これらの制御を総称して触媒再生制御とする。また、排気浄化触媒４を前記ＤＰＮＲ触媒とした場合、該触媒再生制御には該ＤＰＮＲ触媒に堆積したＰＭを酸化・除去するＰＭ再生制御も含まれる。）を実行するときに、排気浄化触媒４に還元剤を供給する場合は、通路切換弁６によってヒータ排気通路１５と触媒用通路８とが連通されると共に、グロープラグ１０への通電をＯＦＦとすることによって燃焼式ヒータ７での燃料の燃焼が停止される。このため、図５に示すように、燃焼式ヒータ７に供給された燃料は、燃焼することなくヒータ排気通路１５と触媒用通路８、排気管３とを通って排気浄化触媒４に供給される。
【００４０】
そのため、排気浄化触媒４に還元剤を供給する装置を別に設けることなく触媒再生制御をより好適に実行することが出来る。
【００４１】
次に、本実施の形態に係る燃焼式ヒータ７および通路切換弁６の制御の一実施形態について図６および図７に示すフローチャートに基づき説明する。
図６および図７は、本実施の形態に係る燃焼式ヒータ７および通路切換弁６の制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、ＥＣＵ３５の起動後、該ＥＣＵ３５によって所定時間毎に繰り返し実行されるルーチンであり、該ＥＣＵ３５内のＲＯＭに予め記憶されている。
尚、図６のＡ、Ｂと図７のＡ、Ｂとは同じフローを表すものである。
【００４２】
ここで、ＥＣＵ３５の起動条件としては、内燃機関の始動前暖機開始信号が発信されたとき（例えば、運転席側のドアが開けられたとき）、車室内暖房機のスイッチがＯＮとなったとき、イグニッションがＯＮとなったとき等が例示出来る。
【００４３】
本ルーチンにおいて、ＥＣＵ３５は、先ずＳ１０１において内燃機関１が運転中であるか否かを判別する。
【００４４】
前記Ｓ１０１において、内燃機関１が運転中であると判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０２に進み、排気浄化触媒４の前記触媒再生制御を実行する条件が成立したか否かを判別する。
【００４５】
前記触媒再生制御実行条件としては、燃料の積算消費量に基づき算出された排気浄化触媒４でのＮＯｘまたはＳＯｘの吸蔵量やＰＭの堆積量が予め定められた所定量以上となった場合等が例示出来る。
【００４６】
前記Ｓ１０２において、触媒再生制御実行条件が成立していないと判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０３に進み、排気浄化触媒４の床温が図８に示す第１所定触媒床温ＴＣＬより低いか否かを判別する。
【００４７】
ここで、前記第１所定触媒床温ＴＣＬは、冷却水の加熱よりも排気浄化触媒４の活性化が優先される温度であり、即ち、排気浄化触媒４が活性化する温度である。該第１所定触媒床温ＴＣＬは、実験的または経験的に予め定められており、ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されている。
【００４８】
前記Ｓ１０３において、排気浄化触媒４の床温が第１所定触媒床温ＴＣＬより低いと判定されたときは、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０４に進み、通路切換弁６によって、ヒータ排気通路１５と触媒用通路８とを連通させる。
【００４９】
前記Ｓ１０４において、ヒータ排気通路１５と触媒用通路８とを連通させたＥＣＵ３５は、次に、Ｓ１０５に進む。
【００５０】
ここで、前記Ｓ１０１に戻り、前記Ｓ１０１において、内燃機関１が停止中であると判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１１０に進み、車室内暖房機のスイッチがＯＮとなっているか否か（即ち、車室内暖房の要求があるか否か）を判別する。
【００５１】
前記Ｓ１１０において、車室内暖房機のスイッチがＯＮとなっていると判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１１１に進み、冷却水温度センサ２３によって検出される冷却水の温度（以下、冷却水温と称する）が、図８に示す第１所定冷却水温ＴＷＬより低いか否かを判別する。
【００５２】
ここで、前記第１所定冷却水温ＴＷＬは、排気浄化触媒４の床温が前記第１所定触媒床温ＴＣＬ以上となっている場合、排気浄化触媒４の昇温より冷却水の加熱が優先される温度である。該第１所定冷却水温ＴＷＬは、実験的または経験的に予め定められており、ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されている。
【００５３】
前記Ｓ１１１において、冷却水温が、第１所定冷却水温ＴＷＬより低いと判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１１２に進み、通路切換弁６によって、ヒータ排気通路１５と熱交換器用通路８とを連通させる。
【００５４】
前記Ｓ１１２において、ヒータ排気通路１５と熱交換器用通路９とを連通させたＥＣＵ３５は、次に、前記Ｓ１０５に進む。
【００５５】
ここで、前記Ｓ１０３に戻り、前記Ｓ１０３において、排気浄化触媒４の床温が第１所定触媒床温ＴＣＬ以上と判定されたときは、ＥＣＵ３５は、前記Ｓ１１１に進む。
【００５６】
前記Ｓ１０５において、ＥＣＵ３５は、燃焼式ヒータ７が作動しているか否かを判別する。
【００５７】
前記Ｓ１０５において、燃焼式ヒータ７が作動していると判定された場合、ＥＣＵ３５はＳ１０７に進み、一方、前記Ｓ１０５において、燃焼式ヒータ７が停止していると判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０６に進み、燃焼式ヒータ７を作動させ、次に、前記Ｓ１０７に進む。
【００５８】
前記Ｓ１０７において、ＥＣＵ３５は、排気浄化触媒４の床温が図８に示す第２所定触媒床温ＴＣＨ以上か否かを判別する。
【００５９】
ここで、前記第２所定触媒床温ＴＣＨは排気浄化触媒４の劣化が促進する、または排気浄化触媒４が溶損（破損）する温度である。該第２所定触媒床温ＴＣＨは実験的または経験的に予め定められており、ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されている。
【００６０】
前記Ｓ１０７において、排気浄化触媒４の床温が第２所定触媒床温ＴＣＨより低いと判定された場合、ＥＣＵ３５は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６１】
一方、前記Ｓ１０７において、排気浄化触媒４の温度が第２所定触媒床温ＴＣＨ以上と判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０８に進み、冷却水が図８に示す第２所定冷却水温ＴＷＨ以上か否かを判別する。
【００６２】
ここで、前記第２所定冷却水温ＴＷＨは、冷却水の温度が過昇温と判断される下限値（例えば、内燃機関１のサーモスタットが開く温度）である。該第２所定冷却水温ＴＷＨは実験的または経験的に予め定められており、ＥＣＵ３５のＲＯＭに記憶されている。
【００６３】
前記１０８において、冷却水温が前記第２所定冷却水温ＴＷＨ以上と判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０９に進み、燃焼式ヒータ７を停止させて本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６４】
一方、前記Ｓ１０８において、冷却水温が前記第２所定冷却水温ＴＷＨより低いと判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１１３に進み、通路切換弁６によって、ヒータ排気通路１５と熱交換器用通路９とを連通させて本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６５】
ここで、前記Ｓ１１０に戻り、前記Ｓ１１０において、車室内暖房機のスイッチがＯＦＦとなっていると判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１１４に進み、燃焼式ヒータ７が作動しているか否かを判別する。
【００６６】
前記Ｓ１１４において、燃焼式ヒータ７が作動していると判定された場合、ＥＣＵ３５は、前記Ｓ１０７に進む。
【００６７】
一方、前記Ｓ１１４において、燃焼式ヒータ７が作動していないと判定された場合、ＥＣＵ３５は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６８】
また、ここで前記Ｓ１０２に戻り、前記Ｓ１０２において、排気浄化触媒４の触媒再生制御を実行する条件が成立していると判定された場合、ＥＣＵ３５は、図７に示すＳ１２１に進む。
【００６９】
前記Ｓ１２１において、ＥＣＵ３５は、通路切換弁６によって、ヒータ排気通路１５と触媒通路８とを連通させる。
【００７０】
次に、ＥＣＵ３５は、Ｓ１２２に進み、排気浄化触媒４への還元剤供給実行条件が成立したか否かを判別する。
【００７１】
ここで、還元剤供給実行条件としては、排気浄化触媒４の床温が、ＮＯｘ還元制御やＳＯｘ被毒回復制御等の触媒再生制御毎に定められた所定温度以上となった場合が例示できる。
【００７２】
前記Ｓ１２２において、排気浄化触媒４への還元剤供給実行条件が成立していないと判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１２８に進み、排気浄化触媒４の昇温制御を実行する。
【００７３】
ここで、前記昇温制御としては、▲１▼内燃機関１の気筒内においてピストンが上死点近傍にある時に該気筒内の燃焼室に燃料が噴射される主噴射に加え、前記ピストンが膨張行程または排気行程にあるときにさらに該燃焼室に燃料を副噴射する、▲２▼内燃機関１の気筒内の燃焼室への燃料噴射時期を遅角させる、▲３▼内燃機関１の気筒内の燃焼室に供給される吸入空気量を減少させる等の制御が例示出来る。
【００７４】
前記Ｓ１２８において、昇温制御を実行したＥＣＵ３５は、前記Ｓ１２２に戻る。
【００７５】
一方、前記Ｓ１２２において、排気浄化触媒４への還元剤供給実行条件が成立していると判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１２３に進み、燃焼式ヒータ７のグロープラグ１０への通電を停止する。
【００７６】
次に、ＥＣＵ３５は、Ｓ１２４に進み、燃焼式ヒータ７からヒータ排気通路１５と触媒用通路８、排気管３を介して排気浄化触媒４に還元剤として燃料を供給する。
【００７７】
次に、ＥＣＵ３５は、Ｓ１２５に進み、排気浄化触媒４の前記触媒再生制御の終了条件が成立したか否かを判別する。
【００７８】
ここで、前記触媒再生制御の終了条件としては、燃焼式ヒータ７から排気浄化触媒４への燃料供給が開始されから所定時間が経過した場合等が例示出来る。
【００７９】
前記Ｓ１２５において、排気浄化触媒４の触媒再生制御の終了条件が成立していないと判定された場合、ＥＣＵ３５は、前記Ｓ１２４に戻る。
【００８０】
一方、前記Ｓ１２５において、排気浄化触媒４の触媒再生制御の終了条件が成立していると判定された場合、ＥＣＵ３５は、Ｓ１２６に進み、燃焼式ヒータ７から排気浄化触媒４への燃料の供給を停止し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００８１】
以上のような制御によれば、排気浄化触媒４の床温が低く、冷却水の加熱よりも該排気浄化触媒４の活性化が優先される場合は、ヒータ排気は熱交換器５を通ることなく排気浄化触媒４に流入する。そのため、排気浄化触媒４の活性化が促進される。
【００８２】
また、内燃機関１の停止中に車室内暖房の要求があったとき、または、排気浄化触媒４が活性化した後のように、排気浄化触媒４の昇温より冷却水の加熱が優先される場合は、ヒータ排気は排気触媒４を通ることなく熱交換器５に流入する。そのため、熱交換器５での冷却水の加熱が促進される。
【００８３】
また、排気浄化触媒４の触媒再生制御を実行するときは、燃焼式ヒータ７から排気浄化触媒４に還元剤として燃料が供給される。
【００８４】
【発明の効果】
本発明に係る燃焼式ヒータ付内燃機関によれば、内燃機関から排出される排気と燃焼式ヒータから排出されるヒータ排気とによって、排気浄化触媒と、内燃機関の暖機や車室内暖房装置等に使用される熱媒体の加熱との双方の加熱効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃焼式ヒータ付内燃機関およびその排気系の概略構成を示す図。
【図２】冷却水の加熱よりも排気浄化触媒の活性化が優先される場合のヒータ排気の流路を示す図。
【図３】排気浄化触媒の昇温よりも冷却水の加熱が優先される場合のヒータ排気の流路を示す図。
【図４】内燃機関が停止しているときに、車室内暖房機を使用する場合または内燃機関を暖機する場合のヒータ排気の流路を示す図。
【図５】排気浄化触媒の触媒再生制御を実行するときの排気浄化触媒への還元剤の供給経路を示す図。
【図６】燃焼式ヒータおよび通路切換弁の制御ルーチンを示す第１のフローチャート。
【図７】燃焼式ヒータおよび通路切換弁の制御ルーチンを示す第２のフローチャート。
【図８】排気浄化触媒の床温および冷却水温と燃焼式ヒータおよび通路切換弁の制御との関係を示す図。
【符号の説明】
１・・・内燃機関
２・・・吸気管
３・・・排気管
４・・・排気浄化触媒
５・・・熱交換器
６・・・通路切換弁
７・・・燃焼式ヒータ
８・・・触媒用通路
９・・・熱交換器用通路
１０・・グロープラグ
１１・・燃料供給部
１２・・燃焼室
１３・・冷却水通路
１４・・ヒータコア
１６・・燃料供給路
１７・・燃料調節弁
２０・・上流側排気温度センサ
２１・・下流側排気温度センサ
２３・・冷却水温度センサ
３５・・ＥＣＵ
Claims (2)
- 内燃機関とは独立して燃料を燃焼させる燃焼式ヒータと、
前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記排気通路に設けられ、排気と熱媒体との熱交換を行う熱交換器と、
前記燃焼式ヒータから排出される排気を前記排気浄化触媒に導く触媒用通路と、
前記燃焼式ヒータから排出される排気を前記熱交換器に導く熱交換器用通路と、
前記燃焼式ヒータから排出される排気が流通する通路を前記触媒用通路または前記熱交換器用通路の何れか一方に選択的に切り換える通路切換手段と、
を備えることを特徴とする燃焼式ヒータ付内燃機関。 - 前記排気浄化触媒を、酸化雰囲気のときはＮＯｘを吸蔵し、還元雰囲気のときは吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒とし、
前記ＮＯｘ触媒の排気浄化能力を再生させる触媒再生制御を実行する再生制御手段と、
前記燃焼式ヒータでの燃料の燃焼を停止させる燃焼停止手段と、
をさらに備え、
前記再生制御手段によって前記触媒再生制御を実行するときは、前記通路切換手段によって、前記燃焼式ヒータから排出される排気が流通する通路を前記触媒用通路に切り換え、且つ、前記燃焼停止手段によって前記燃焼式ヒータでの燃料の燃焼を停止させることにより、前記燃焼式ヒータから前記排気浄化触媒に燃料を供給することを特徴とする請求項１記載の燃焼式ヒータ付内燃機関。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2003109420A JP2004316497A (ja) | 2003-04-14 | 2003-04-14 | 燃焼式ヒータ付内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003109420A JP2004316497A (ja) | 2003-04-14 | 2003-04-14 | 燃焼式ヒータ付内燃機関 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004316497A true JP2004316497A (ja) | 2004-11-11 |
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ID=33470587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003109420A Pending JP2004316497A (ja) | 2003-04-14 | 2003-04-14 | 燃焼式ヒータ付内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004316497A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011032931A (ja) * | 2009-07-31 | 2011-02-17 | Isuzu Motors Ltd | 触媒昇温装置 |
| CN102900563A (zh) * | 2012-10-22 | 2013-01-30 | 广西柳工机械股份有限公司 | 工程机械发动机尾气余热利用系统 |
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-
2003
- 2003-04-14 JP JP2003109420A patent/JP2004316497A/ja active Pending
Cited By (4)
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| JP5817741B2 (ja) * | 2011-02-16 | 2015-11-18 | トヨタ自動車株式会社 | 車両および車両の制御方法 |
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