JP3494016B2 - 燃焼式ヒータを有する内燃機関 - Google Patents

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、詳しくは内燃機関の吸気系に燃焼
ガスを導入す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】内燃機関は、寒冷時における始動性の向
上や暖機の促進を図ることが必要である。そこで、例え
ば特開昭６２−７５０６９号公報は、内燃機関の吸気通
路に取付けた燃焼式ヒータを利用して、そこから出る燃
焼ガスの持つ熱で機関冷却水を暖めたり、燃焼ガスを内
燃機関のシリンダ内に吸引したりする技術を示してい
る。

【０００３】一方、内燃機関は、シリンダ内で燃料を燃
焼し、その熱エネルギを利用して回転する。このため、
シリンダ内の温度は千数百度にまで達し、その熱の相当
量がシリンダやシリンダ・ヘッド，ピストンなどに吸収
されるが、そのままではオーバヒートとなり運転不能に
なってしまう。そこで、その過熱を防ぎ、常に適正な温
度に保てるように、内燃機関には冷却装置を必要とす
る。

【０００４】冷却装置は通常水冷式であり、その冷却媒
体である機関冷却水は、シリンダとシリンダヘッドを取
り囲むウォータジャケットに含まれている。そして、内
燃機関が始動してシリンダやシリンダヘッドの出す熱を
ウォータジャケットに含まれる機関冷却水が吸収して熱
くなると、この熱くなった機関冷却水は、これがラジエ
ータに導かれて冷やされる。ウォータジャケットとラジ
エータとは機関冷却水の通る循環路で結ばれており、こ
の循環路には、機関冷却水の温度を感知して前記循環路
をラジエータに対して自動的に開閉するサーモスタット
を備えている。サーモスタットは、そこを通る機関冷却
水の温度によって、機関冷却水をラジエータに通したり
通さなかったりできるように循環路の切り替えを行う。
すなわち、機関冷却水が適温であるとサーモスタットが
閉じて循環路におけるラジエータへの道を閉ざすように
なっているため、機関冷却水はラジエータには流れずに
循環路に設けたバイパスを経由して一旦ウォータジャケ
ットから出た後、再びウォータジャケットに戻る。一
方、機関冷却水の温度が上がって来るとサーモスタット
が開いてラジエータへの道を開くようになっているた
め、機関冷却水はラジエータに送られ、そこで一旦冷や
されてからウォータジャケットに戻り、ウォータジャケ
ットの機関冷却水を冷却媒体として適温にする。

【０００５】このように、ラジエータと機関本体との間
をサーモスタットを備えた循環路を介して機関冷却水が
流通することでウォータジャケット内の機関冷却水が常
に適温に保たれるため、内燃機関はオーバヒートを生じ
ない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、サーモスタ
ットが開いて機関冷却水がラジエータに流れているとき
に燃焼式ヒータを作動する場合が考えられる。その場
合、燃焼式ヒータの燃焼熱で暖めた機関冷却水はラジエ
ータに向かうので、機関冷却水に含まれていた燃焼熱
は、機関冷却水を媒体としてラジエータから放熱してし
まう。よって、燃焼式ヒータの出す燃焼熱を暖機用に機
関冷却水に吸収させても、この熱がラジエータから放出
されてしまっては無駄であり、それだけ燃焼式ヒータの
出す燃焼熱が内燃機関に有効利用されないので暖機の向
上を望めずよって内燃機関の燃費が悪化する。

【０００７】本発明は、上記実情に鑑みて発明されたも
のであって、燃焼式ヒータの燃焼ガスで機関冷却水を暖
めるようにした内燃機関に係り、機関冷却水がラジエー
タに流れる場合において、無駄な放熱を燃焼式ヒータに
させることがなく、その分、燃焼式ヒータの出す燃焼熱
を内燃機関の暖機促進に有効利用して内燃機関の燃費向
上を期待できる燃焼式ヒータを有する内燃機関を提供す
ることを技術的課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の燃焼式ヒータを有する内燃機関は、以下の
構成とした。

【０００９】（１）内燃機関が所定の運転状態にあると
きに作動して機関冷却水を暖める燃焼式ヒータを有する
内燃機関において、機関始動後に前記機関冷却水で内燃
機関を冷却する機関本体に設けたウォータジャケット
と、このウォータジャケットでの冷却で前記機関冷却水
が吸収した熱を放出するラジエータと、このラジエータ
と前記ウォータジャケットとを結び前記機関冷却水を前
記ラジエータと機関本体との間で循環する循環路と、こ
の循環路に設けて前記機関本体から前記ラジエータに送
られて冷やされ前記ウォータジャケットに戻る前記機関
冷却水の流通量を制御する流通量制御手段と、この流通
量制御手段による制御によって前記ラジエータに送られ
て冷やされ前記ウォータジャケットに戻る機関冷却水の
流通量が多いときは、これが少ないときよりも前記燃焼
式ヒータの出力を低下させることができるヒータ出力制
御手段と、を有することを特徴とする。

【００１０】ここで、 「内燃機関が所定の運転状態にあるとき」とは、ほぼ
−１０℃〜１５℃位の温度範囲に外気がある寒冷時やほ
ぼ−１０℃以下の温度範囲に外気がある極寒冷時におけ
る内燃機関の運転中，あるいは前記と同じ条件下で内燃
機関を始動させた後，内燃機関自身の発熱量が少ないと
き（例えば燃料消費が少ないとき），内燃機関自身の発
熱量が少ないことにより機関冷却水の受熱量が少ないと
き，および１５℃よりも高い常温で内燃機関を始動した
直後の冷却水温度の低いときのことである。

【００１１】「燃焼式ヒータ」としては、その内部に
冷却水が流れるヒータ内部冷却水通路を備え、冷却水が
このヒータ内部冷却水通路を通過する間に、燃焼式ヒー
タの燃焼室から熱を受けて冷却水を暖めるようになって
いる水加熱方式の燃焼式ヒータが好ましい。

【００１２】「流通量制御手段」とは、例えば、機関
冷却水の温度を感知して循環路をラジエータに対して自
動的に開閉する自動調温器としてのサーモスタットが好
適である。

【００１３】「ヒータ出力制御手段」とは、内燃機関
の全体を制御するコンピュータすなわちＥＣＵ（エンジ
ン・コントロール・ユニット）、詳しくはその中枢部で
あるＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）
あるいは、燃焼式ヒータ内部に搭載されたＣＰＵであ
る。本発明に係るヒータ出力制御手段は、ラジエータに
向かう機関冷却水の流通量が多いときは、流通量が少な
いときよりも燃焼式ヒータの出力を低下することができ
るものであるが、反対に機関冷却水の流通量が少ないと
きは、相対的に出力を上昇することができるものが好ま
しい。

【００１４】本項（１）では、循環路をラジエータに向
けて流れる機関冷却水の流通量が多いときは、同じくラ
ジエータに向かう機関冷却水の流通量が少ないときより
も燃焼式ヒータの出力が低下するので、この場合、燃焼
式ヒータの出す燃焼熱が機関冷却水に吸収される量は少
なくなる。このため、ラジエータに向けて多量の機関冷
却水が流れても、この機関冷却水に含まれている熱量の
うち燃焼式ヒータから機関冷却水に吸収される分の熱量
は少ない。したがって、燃焼式ヒータの放熱に無駄がな
く、よって燃焼式ヒータの出す燃焼熱を内燃機関の暖機
促進に有効利用できるため内燃機関のフリクションが減
り燃費向上を図れる。 （２）前記ラジエータに向かう機関冷却水の流通量の多
少を判定する流通量判定手段を有するとともに、この流
通量判定手段による前記流通量の多少の判定は、前記ウ
ォータジャケットに含まれる機関冷却水の温度を所定温
度との比較に基づいて行うものが好ましい。

【００１５】ここで、「所定温度」とは、ラジエータに
向かう機関冷却水の流通量の多少を判定する上で基準に
することができる温度のことであり、例えばサーモスタ
ットが開弁を開始する温度（以下「サーモスタット開弁
開始温度」という。）に基づいて定めた温度を挙げられ
る。所定温度をサーモスタット開弁開始温度を基準とし
て設定するのは次の理由による。つまり、本発明におい
て燃焼式ヒータの出力を低下するときは、ラジエータに
向かう機関冷却水の流通量が多いときであって、サーモ
スタットが開いた場合にはラジエータに向かう機関冷却
水の流通量が多いため本発明の技術的思想に適合するか
らである。そして、所定温度の好ましい設定は、サーモ
スタット開弁開始温度よりも幾分低い温度にすることで
ある。これは、当該所定温度と等しい温度に機関冷却水
がなったその時に、即座に燃焼式ヒータの出力をそれま
での出力と違う設定にしたのでは、燃焼式ヒータの出力
制御がそれに対応できない場合があり得るからであり、
よって燃焼式ヒータの出力制御に確実性を持たすための
余裕値、いわゆるヒステリシスを考慮した方がよいから
である。 （３）前記機関冷却水の温度が前記所定温度以下である
ときは、前記ラジエータに向かう前記機関冷却水の流れ
を前記流通量制御手段によって止めるとともに、前記機
関冷却水の温度が前記所定温度以下のときにのみ前記ヒ
ータ出力制御手段によって前記燃焼式ヒータの出力を高
めてもよい。

【００１６】本項（３）では、機関冷却水の温度が所定
値以下のときは、流通量制御手段がラジエータに向かう
機関冷却水の流れを止めるので、ウォータジャケットの
機関冷却水はラジエータには流れない。しかもこの状態
にあるときにのみ、すなわち機関冷却水の温度が前記所
定温度以下のときにのみ前記ヒータ出力制御手段によっ
て前記燃焼式ヒータの出力が高められるので、それだけ
早く機関冷却水を暖めることになり、機関暖機が促進す
る。 （４）前記燃焼式ヒータの出す燃焼ガスは、前記内燃機
関の吸気系に導入することが好ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
した図面に基いて説明する。 〈エンジン１〉内燃機関としてのエンジン１は水冷式で
あって、エンジン本体３と、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と、前記気筒内で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７と、エンジン１を搭載する車
輌の室内を暖める車室用ヒータ９とを有する。

【００１８】（エンジン本体３）エンジン本体３は、そ
の内部に冷却水が循環する図示しない冷却水通路である
ウォータジャケットを備えている。 （冷却水循環通路１０）ウォータジャケットを起点とし
て、水管路Ｗ１，Ｗ２およびＷ３を介して、吸気装置５
に属する燃焼式ヒータ１７およびエンジン本体３外部の
車室用ヒータ９の間で循環する冷却水循環通路１０を形
成する。冷却水循環通路１０によって機関冷却水の温度
を暖機用に暖めるための暖機用冷却水循環がエンジン本
体３と燃焼式ヒータ１７との間でなされる。 （循環路１１）また、ウォータジャケットは、循環路１
１を構成する水路管Ｗ４とＷ５を介して機関冷却水を冷
却するラジエータ１２とつながっており、循環路１１に
よってエンジン本体３とラジエータ１２との間で機関冷
却水の温度を下げるための冷却用冷却水循環がなされ
る。また、循環路１１には、冷却水の温度を感知して循
環路１１をラジエータ１２に対して自動的に開閉するサ
ーモスタット１３を備えている。 （サーモスタット１３）サーモスタット１３は、そこを
通る機関冷却水の温度によって、機関冷却水をラジエー
タ１２に通したり通さなかったりできるように循環路１
１の切り替えを機関冷却水の温度に応じて自動的に行
う。また、機関冷却水がエンジン１にとって適温である
とサーモスタット１３が閉じて循環路１１におけるラジ
エータ１２への道を閉ざす。このようにサーモスタット
１３が閉じている場合に機関冷却水をラジエータ１２に
流さずにウォータジャケットに戻すための水路が、水路
管Ｗ４とＷ５とをサーモスタット１３を介してつなぐバ
イパスＷ６である。バイパスＷ６を機関冷却水が通ると
きは、サーモスタット１３とエンジン本体３との間で機
関冷却水は循環する。なお、機関冷却水がラジエータ１
２に向かうときは、サーモスタット１３がバイパスＷ６
への道を閉ざす。

【００１９】（吸気装置５）吸気装置５は、気筒内に新
鮮な空気を取り入れるエアクリーナ１３を吸気装置５の
始端とする。そして、このエアクリーナ１３から吸気装
置５の終端であるエンジン本体３の図示しない吸気ポー
トまでの間に、吸気系構造物であるターボチャージャ１
５のコンプレッサ１５ａ，燃焼式ヒータ１７，インター
クーラ１９およびインテークマニホールド２１を備えて
いる。

【００２０】これらの吸気系構造物は、複数の連結管を
備える吸気管２３に属する。

【００２１】（吸気管２３）吸気管２３は、コンプレッ
サ１５ａを境に、吸気装置５に入って来る外気がコンプ
レッサ１５ａによって強制的に押し込んで加圧状態とす
る下流側連結管２７と、そうでない上流側連結管２５と
に大別できる。

【００２２】（上流側連結管２５）上流側連結管２５
は、エアクリーナ１３からコンプレッサ１５ａに向けて
まっすぐ延びる棒状の本流管２９と、本流管２９に対し
てバイパス状に接続した支流管としてのヒータ用枝管３
１とからなる。

【００２３】（ヒータ用枝管３１）ヒータ用枝管３１
は、その全体形状がほぼＵ字形をしており、途中に燃焼
式ヒータ１７を含む。また、ヒータ用枝管３１は、燃焼
式ヒータ１７の空気の流れ方向における上流側部位と本
流管２９とを結ぶとともに本流管２９から燃焼式ヒータ
１７に新気すなわち空気を供給する空気供給路３３と、
燃焼式ヒータ１７の空気の流れ方向における下流側部位
と本流管２９とを結びかつ燃焼式ヒータ１７から出る燃
焼ガスを本流管２９に出す燃焼ガス排出路３５とを有す
る。なお、ヒータ用枝管３１に係る空気とは、エアクリ
ーナ１３を経由してヒータ用枝管３１に入る新気ａ１の
ことだけを意味するのではなく、燃焼式ヒータから出る
燃焼ガスａ２も意味する。焼式ヒータの燃焼ガスは、ス
モークのほとんどない、換言すればカーボンを含まない
ガスである。よって、内燃機関の吸気として使用するに
支障ない。

【００２４】また、空気供給路３３および燃焼ガス排出
路３５の本流管２９とのそれぞれの接続箇所ｃ１および
ｃ２のうち、接続箇所ｃ１は接続箇所ｃ２よりも本流管
２９の上流側に位置する。よって、エアクリーナ１３か
らの空気ａ１は、まず接続箇所ｃ１でヒータ用枝管３１
に分岐する空気ａ１と分岐せずに本流管２９を接続箇所
ｃ２に向かう空気ａ１’とに分かれる。また、接続箇所
ｃ２では、接続箇所ｃ１で分岐して燃焼式ヒータ１７の
燃焼に供されて燃焼ガスとなった空気ａ２とｃ１で分岐
しなかった新気ａ１’とが合流し、燃焼ガス混入空気ａ
３になる。

【００２５】接続箇所ｃ１で分岐した空気ａ１は、空気
供給路３３−燃焼式ヒータ１７−燃焼ガス排出路３５を
経由して接続箇所ｃ２から本流管２９に空気ａ２となっ
て戻る。この本流管２９に戻る空気ａ２は、燃焼式ヒー
タ１７の燃焼に供されて熱を持った燃焼ガスであるか
ら、このガスが本流管２９に戻されて前記分岐しなかっ
た空気ａ１’と接続箇所ｃ２で合流して燃焼ガス混入空
気ａ３になると、その結果、この燃焼ガス混入空気ａ３
がエンジン本体３に入る高温の吸気となる。

【００２６】また、図１において、下流側連結管２７
は、コンプレッサ１５ａとインテークマニホールド２１
とを結ぶ管であり、図１で示すものはＬ字形をしてい
る。そして、インテークマニホールド２１寄りの箇所に
はインタークーラ１９を配置してある。

【００２７】（排気装置７）一方、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排気装置７の始端
とし、そこから排気装置７の終端のマフラ４１までの間
に、エキゾーストマニホールド３７，ターボチャージャ
１５のタービン１５ｂおよび排気触媒３９を排気管４２
上に備えている。これらについては、周知であり、また
本発明と直接関係しないので説明を省略する。排気装置
７を流れる空気はエンジン１の排気ガスとして符号ａ４
で示す。

【００２８】（燃焼式ヒータ１７）図２を用いて焼式ヒ
ータ１７の構造を示す。

【００２９】燃焼式ヒータ１７は、エンジン本体３の前
記ウォータジャケットと水管路Ｗ１を介してつながって
おり、燃焼式ヒータ１７は、その内部に前記ウォータジ
ャケットからの冷却水を通すヒータ内部冷却水通路１７
ａを有する。

【００３０】このヒータ内部冷却水通路１７ａを流れる
冷却水（図２に破線矢印で示す。）は、燃焼式ヒータ１
７の内部に形成した燃焼部である燃焼室１７ｄの周りを
巡るようにして通過し、その間に燃焼室１７ｄからの熱
を受けて暖まる。これについては、順次述べる。

【００３１】燃焼室１７ｄは、火炎を出す燃焼源として
の燃焼筒１７ｂと、燃焼筒１７ｂを覆うことで火炎が外
部に漏れないようにする円筒状の隔壁１７ｃとからな
る。燃焼筒１７ｂを隔壁１７ｃで覆うことで、燃焼室１
７ｄが隔壁１７ｃ内に画される。そして、この隔壁１７
ｃも燃焼式ヒータ１７の燃焼室本体４３の外壁４３ａで
覆ってあり、両者間には間隔を空けてある。この間隔を
空けることによって、外壁４３ａの内面と隔壁１７ｃの
外面との間に前記ヒータ内部冷却水通路１７ａができ
る。

【００３２】また、燃焼室１７ｄは、前記空気供給路３
３および燃焼ガス排出路３５とそれぞれ直接つながる空
気供給口１７ｄ1および排気排出口１７ｄ2を有してい
る。

【００３３】空気供給路３３から流れて来た空気ａ１
は、空気供給口１７ｄ1から燃焼室１７ｄに入るとその
中を伝って排気排出口１７ｄ2に至り、その後、燃焼ガ
ス排出路３５を経由して、既述のように本流管２９に空
気ａ２として流れ入る。よって、燃焼室１７ｄは、燃焼
式ヒータ１７内において空気ａ２に燃焼によって変化す
る空気ａ１を通す空気通路の形態になっている。

【００３４】そして、燃焼式ヒータ１７が燃焼した後、
燃焼ガス排出路３５を経由して本流管２９に戻る空気ａ
２は、燃焼式ヒータ１７から出る排気ガスのことであ
り、よって熱を持つ。この熱を持った空気ａ２が燃焼式
ヒータ１７から出るまでの間において、この空気ａ２の
持つ熱が、隔壁１７ｃを通して前記ヒータ内部冷却水通
路１７ａを流れる冷却水に伝わり、既述のように冷却水
を暖める。したがって、燃焼室１７ｄは熱交換通路、換
言すれば燃焼式ヒータ１７の燃焼室１７ｄから出る燃焼
ガスの持つ熱が冷却水に伝わって、ヒータ内部冷却水通
路１７ａを流れる冷却水を暖める伝熱部である。

【００３５】また、ヒータ内部冷却水通路１７ａは、エ
ンジン本体３の前記ウォータジャケットとつながる冷却
水導入口１７ａ1と、車室用ヒータ９とつながる冷却水
排出口１７ａ2とを有する。

【００３６】冷却水導入口１７ａ1は、エンジン本体３
のウォータジャケットと、水管路Ｗ１を介してつながっ
ており、冷却水排出口１７ａ2は、水管路Ｗ２を介して
車室用ヒータ９とつながっている。これらの水管路Ｗ１
およびＷ２を介して、燃焼式ヒータ１７はエンジン本体
３の前記ウォータジャケットおよび車室用ヒータ９とつ
ながっている。また、車室用ヒータ９とエンジン本体３
も水管路Ｗ３を介してつながっている。なお、水管路Ｗ
１のウォータジャケットとの接続箇所および水管路Ｗ２
の燃焼式ヒータ１７との接続箇所には、それぞれ水温セ
ンサ４０ａ，４０ｂを取付けてある。これらの水温セン
サ４０ａ，４０ｂは、エンジン全体の作動制御を行うエ
ンジン電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という。）４６と
電気的に接続してある。

【００３７】なお、燃焼筒１７ｂは、前記図示しないと
した燃料ポンプとつながっている燃料供給管１７ｅを備
え、そこから前記燃料ポンプのポンプ圧を受けて燃焼用
燃料を燃焼筒１７ｂに供給する。この供給した燃焼用燃
料は、燃焼式ヒータ１７内で気化して気化燃料になり、
この気化燃料は、図示しない着火源によって火が着く。

【００３８】（冷却水循環）次に、冷却水の循環につい
て既述した暖機用冷却水循環と冷却用冷却水循環につい
て述べる。 （暖機用冷却水循環）水管路Ｗ１，Ｗ２およびＷ３を用
いてエンジン本体３，燃焼式ヒータ１７，車室用ヒータ
９を接続することで、エンジン本体３のウォータジャケ
ットにある冷却水が、ウォータジャケットを起点とし
て、次の順序で流れ、再びウォータジャケットに戻りこ
れを繰り返す。

【００３９】冷却水は、ウォータジャケットから水管
路Ｗ１を介して冷却水導入口１７ａ1から燃焼式ヒータ
１７に至り、そこで暖められる。

【００４０】で暖められた冷却水は、燃焼式ヒータ
１７の冷却水排出口１７ａ2から水管路Ｗ２を介して車
室用ヒータ９に至る。

【００４１】そして、冷却水は、これが車室用ヒータ
９で熱交換されて温度が下がった後、あるいは車室用ヒ
ータ９の作動が停止している場合には熱交換されずに素
通りした後、水管路Ｗ３を介してウォータジャケットに
戻る。

【００４２】また、燃焼式ヒータ１７を冷却水を暖める
熱源として捉えれば、冷却水を媒体としかつ冷却水循環
通路１０を通じて、燃焼式ヒータ１７の持つ熱が、燃焼
式ヒータ１７を起点としてそこから車室用ヒータ９，ウ
ォータジャケットの順で下がって行き、燃焼式ヒータ１
７に戻って新たに暖められ、これを繰り返すということ
ができる。

【００４３】（冷却用冷却水循環）エンジン本体３とラ
ジエータ１２を接続するためにサーモスタット１３を含
む水管路Ｗ４，Ｗ５およびＷ６を含む循環路１１を用い
ることで、エンジン本体３のウォータジャケットにある
冷却水が、ウォータジャケットを起点として、次の順序
で流れる。なお、サーモスタット１３が閉じているとき
と開いているときとで既述のように循環経路が異なる。 （サーモスタット１３が閉じているとき） 機関冷却水が適温である場合には、サーモスタット１
３が閉じてラジエータ１２へ通じる水管路Ｗ４を閉ざ
す。

【００４４】このため、サーモスタット１３に向けて
ウォータジャケットから一旦出た機関冷却水は、ラジエ
ータ１２には流れずに循環路１１に設けたバイパスＷ６
に水管路Ｗ４から流れる。

【００４５】バイパスＷ６に入った機関冷却水は、そ
の後、水管路Ｗ５に入り、その後ウォータジャケットに
戻る。 （サーモスタット１３が開いているとき） ’一方、機関冷却水の温度が上がって来るとサーモス
タット１３が開いてラジエータ１２への道を開くので、
機関冷却水はラジエータ１２に向かう。このときバイパ
スＷ６は閉じる。

【００４６】’ラジエータ１２に送られた機関冷却水
はそこで冷やされながら水管路Ｗ５に向かう。

【００４７】’水管路Ｗ５に至った機関冷却水は、や
がてウォータジャケットに戻り、ウォータジャケットの
エンジン本体３を冷やす。

【００４８】このように、サーモスタット１３は、これ
が開閉することでウォータジャケットからラジエータ１
２に向かう機関冷却水の流通を制御する。

【００４９】また、サーモスタット１３は、循環路１１
を流れる機関冷却水の流量をも機関冷却水の温度によっ
て制御できるようにもなっている。よってサーモスタッ
ト１３のことを流通量制御手段という。 （燃焼室本体４３の他の構成部材）また、燃焼室本体４
３には、送風ファン４５を有する。

【００５０】（ＥＣＵ４６およびこれと電気的に接続さ
れている関連部材）ＥＣＵ４６は、前記した水温センサ
４０ａ，４０ｂ以外にも、図示しない外気温センサ，燃
焼ガス温度センサおよび回転数センサ等の各種センサ
と、ならびに送風ファン４５および図示しない燃料ポン
プと電気的につながっている。

【００５１】そして、各種センサの各パラメータに応じ
てＥＣＵ４６のＣＰＵが作動し、これによって燃焼式ヒ
ータ１７の燃焼状態を制御する。換言すれば、ＣＰＵに
よって、燃焼式ヒータ１７の火炎の勢いや大きさ，温度
等を制御し、この制御によって燃焼式ヒータ１７の排気
（燃焼ガス）の温度を制御する。

【００５２】なお、水管路Ｗ１のウォータジャケットと
の接続箇所、すなわちウォータジャケットの出口に設け
た水温センサ４０ａが検出する温度、および水管路Ｗ２
の燃焼式ヒータ１７との接続箇所、すなわち燃焼式ヒー
タの出口に設けた水温センサ４０ｂが検出する温度を、
それぞれエンジン出口部水温および燃焼式ヒータ出口部
水温ということとし、それぞれ符号Ｔ１およびＴ２で示
す。

【００５３】そして、エンジン出口部水温Ｔ１に基づい
て燃焼式ヒータ１７のＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、燃焼式
ヒータ出口部水温Ｔ２に基づいて、燃焼式ヒータ１７の
出力制御を行う。

【００５４】このような燃焼式ヒータ１７は、エンジン
１が所定の運転状態にあるときに作動するようになって
いる。ここで、「内燃機関が所定の運転状態にあると
き」とは、ほぼ−１０℃〜１５℃位の温度範囲に外気が
ある寒冷時やほぼ−１０℃以下の温度範囲に外気がある
極寒冷時における内燃機関の運転中，あるいは前記と同
じ条件下で内燃機関を始動させた後，内燃機関自身の発
熱量が少ないとき（例えば燃料消費が少ないとき），内
燃機関自身の発熱量が少ないことにより機関冷却水の受
熱量が少ないとき，および１５℃よりも高い常温で内燃
機関を始動した直後の冷却水温度の低いときのことであ
る。

【００５５】（燃焼式ヒータの作動制御および出力制
御）次に図３のフローチャートで燃焼式ヒータの作動制
御および出力制御に係るルーチンを説明する。

【００５６】このルーチンは、エンジン１を駆動する図
示しない通常のフローチャートの一部であり、以下に述
べるステップ１０１〜ステップ１０８からなる。また、
以下の手順における動作はすべてＥＣＵ４６のＣＰＵに
よるものである。そして、記号Ｓを用い、例えばステッ
プ１０１であればＳ１０１と省略して示す。なお、フロ
ーチャートで出てくるＴＴ１等の各種記号は、ＥＣＵ４
６のメモリに記憶してあり、処理を実行するにあたり必
要に応じて呼び出されるようになっている。

【００５７】エンジン１のスタート後、処理がこのルー
チンに移行すると、Ｓ１０１ではエンジン出口部水温Ｔ
１が所定温度ＴＴ１以下であるかどうかを判定する。こ
こでいう所定温度ＴＴ１としては、例えば７５℃を挙げ
られる。この温度が意味するところは、サーモスタット
開弁開始温度よりも幾分低い温度である。サーモスタッ
ト開弁開始温度としては例えば８０℃程度の温度を挙げ
られる。

【００５８】Ｓ１０１で肯定判定し、エンジン出口部水
温Ｔ１が所定温度ＴＴ１（前記例示の７５℃）以下とき
には、次のＳ１０２に進んで燃焼式ヒータ１７のＯＮ制
御を行い、否定判定し、エンジン出口部水温Ｔ１が所定
温度ＴＴ１（前記例示の７５℃）よりも高いときにはＳ
１０３に進んで燃焼式ヒータ１７のＯＦＦ制御を行う。
ここで、エンジン出口部水温Ｔ１が所定温度ＴＴ１以下
であるときの意味するところは、次の如きである。すな
わち、所定温度ＴＴ１は既述のようにサーモスタット開
弁開始温度（前記例示の８０℃）よりも低い温度に設定
してあるので、所定温度ＴＴ１よりもエンジン出口部水
温Ｔ１が低いということは、機関冷却水の温度がサーモ
スタット開弁開始温度よりも低いということである。よ
ってサーモスタット１３は閉じており、したがって、サ
ーモスタット１３を設けてある水管路Ｗ４も閉じている
ため、機関冷却水がラジエータ１２には流れずに、バイ
パスＷ６を経由して水管路Ｗ５からウォータジャケット
に戻るということである。そして、このようにエンジン
出口部水温Ｔ１が所定温度ＴＴ１以下であるときのみに
Ｓ１０２において燃焼式ヒータ１７のＯＮ制御を行う。

【００５９】反対にＳ１０１で否定判定してＳ１０３に
移行する場合、つまりエンジン出口部水温Ｔ１が所定温
度ＴＴ１よりも大きいときに燃焼式ヒータ１７をＯＦＦ
制御することの意味するところは次の通りである。すな
わち、エンジン出口部水温Ｔ１が、所定温度ＴＴ１より
も高い場合であって、かつサーモスタット開弁開始温度
（前記例示の８０℃）よりも高ければ、サーモスタット
１３が開弁して水管路Ｗ４に多量の機関冷却水が流れる
ようになるので、本発明の目的に従って燃焼式ヒータ１
７のＯＦＦ制御を行い出力を抑えるということである。
なお、エンジン出口部水温Ｔ１が所定温度ＴＴ１よりも
高いが、サーモスタット開弁開始温度よりも低い場合で
も燃焼式ヒータ１７はＯＦＦ制御が為される。しかし、
燃焼式ヒータ１７の余熱によって、いずれエンジン出口
部水温Ｔ１がサーモスタット開弁開始温度よりも高くな
るので、これを見越した上で所定温度ＴＴ１とサーモス
タット開弁開始温度との温度差を小さめにしておくこと
が望ましい。それ故、所定温度ＴＴ１とサーモスタット
開弁開始温度との温度差をそれぞれ前記のように７５℃
と８０℃とに設定し、その差をわずか５℃として燃焼式
ヒータ１７のＯＦＦ制御後も燃焼式ヒータ１７の余熱で
機関冷却水温度がサーモスタット開弁開始温度にまで至
るようにしてある。

【００６０】また、Ｓ１０１での判定でサーモスタット
１３が開くかどうか、換言すれば水管路Ｗ４に多量の機
関冷却水が流れるかどうかの判定を行い、その判定を行
うのはＥＣＵ４６のＣＰＵであるから、このＣＰＵを含
むＥＣＵ４６を機関冷却水の流通量の多少を判定する流
通量判定手段ということにする。。Ｓ１０４では、燃焼
式ヒータ出口部水温Ｔ２が所定温度ＴＴ以上であるかど
うかを判定する。Ｓ１０４で肯定判定した場合はＳ１０
５に進み、否定判定した場合はＳ１０６に進む。なお、
所定温度ＴＴはＳ１０４で燃焼式ヒータ出口部水温Ｔ２
と比較するので、これを便宜上、比較温度ＴＴという。
比較温度ＴＴと前記所定温度ＴＴ１とでは比較温度ＴＴ
の方が大きい、すなわち比較温度ＴＴ＞所定温度ＴＴ１
の関係にある。

【００６１】Ｓ１０５では、燃焼式ヒータ１７の出力値
Ｗを低出力値Ｌｏあるいは０（ゼロ）とし、その後Ｓ１
０８に進む。

【００６２】Ｓ１０６では、燃焼式ヒータ出口部水温Ｔ
２が、比較温度ＴＴよりもＢだけ低い温度：ＴＴ−Ｂを
基準とし、燃焼式ヒータ出口部水温Ｔ２がそれ以下の温
度であるかどうかを判定する。Ｂは出力切換え時に生じ
る得るハンチング防止のためのヒステリシスで固定値で
あり、例えば２０℃である。Ｓ１０６で肯定判定した場
合は次のＳ１０７に進み、そこで燃焼式ヒータ１７の出
力値Ｗを高出力値Ｈｉに設定してＳ１０８に進む。一
方、Ｓ１０６で否定判定した場合にはＳ１０７を介すこ
となくＳ１０８に進む。。Ｓ１０８では、燃焼式ヒータ
１７が、Ｓ１０５またはＳ１０７で設定した出力値Ｗで
作動するように燃焼式ヒータ１７の出力を制御するもの
であり、出力値ＷにＳ１０５で設定した出力値Ｌｏある
いは０を設定した場合には、燃焼式ヒータ１７の実際の
出力が低出力（あるいは停止）となる。また、出力値Ｗ
にＳ１０７で設定した出力値Ｈｉを設定した場合には、
燃焼式ヒータ１７の実際の出力は高出力となる。

【００６３】このように燃焼式ヒータ１７の出力を制御
し、その出力値ＷにＳ１０５で設定した出力値Ｌｏある
いは０を設定した場合に燃焼式ヒータ１７の実際の出力
を低出力（あるいは停止）としたり出力値ＷにＳ１０７
で設定した出力値Ｈｉを設定した場合に燃焼式ヒータ１
７の実際の出力を高出力とする処理を行うのはＣＰＵで
あり、ＣＰＵはＥＣＵ４６に含まれるので、ＥＣＵ４６
をヒータ出力制御手段という。

【００６４】〈実施の形態の作用効果〉次に、エンジン
１の作用効果について説明する。

【００６５】エンジン１では、循環路１１をラジエータ
１２に向けて流れる機関冷却水の流通量が多いときは、
同じくラジエータ１２に向かう機関冷却水の流通量が少
ないときよりも燃焼式ヒータ１７の出力が低下するの
で、この場合、燃焼式ヒータ１７の出す燃焼熱が機関冷
却水に吸収される量は少なくなる。このため、ラジエー
タ１２に向けて多量の機関冷却水が流れても、この機関
冷却水に含まれている熱量のうち燃焼式ヒータ１７から
機関冷却水に吸収される分の熱量は少ない。したがっ
て、燃焼式ヒータ１７の放熱に無駄がなく、よって燃焼
式ヒータ１７の出す燃焼熱をエンジン１の暖機促進に有
効利用できるためエンジン１のフリクション低減による
燃費向上を図れる。また、このような理由からエミッシ
ョンの低減やエンジン１のドライバビリティの向上を期
待できる。

【００６６】また、機関冷却水の温度が所定値以下のと
きは、サーモスタット１３がラジエータ１２に向かう機
関冷却水の流れを止めるので、ウォータジャケットの機
関冷却水はラジエータ１２には流れない。しかもこの状
態にあるときにのみ、すなわち機関冷却水の温度が前記
所定温度以下のときにのみＥＣＵ４６のＣＰＵによって
燃焼式ヒータの出力１７が高められるので、それだけ早
く機関冷却水を暖めることになり、機関暖機が促進す
る。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、機
関冷却水がラジエータに流れる場合において、無駄な放
熱を燃焼式ヒータにさせることがなく、その分、燃焼式
ヒータの出す燃焼熱を内燃機関の暖機促進に有効利用し
て内燃機関の燃費向上を期待できる。

【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を有す
る内燃機関の概略構成図

【図２】燃焼式ヒータの概略断面図

【図３】本発明の実施の形態に係る燃焼式ヒータの作動
制御および出力制御に係るルーチンを示すフローチャー
ト

【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 ９…車室用ヒータ １０…冷却水循環通路 １１…循環路 １２…ラジエータ １３…サーモスタット（流通量制御手段） １５…ターボチャージャ １５ａ…コンプレッサ １５ｂ…ターボチャージャのタービン １７…燃焼式ヒータ １７ａ…ヒータ内部冷却水通路（伝熱部） １７ａ1…冷却水導入口 １７ａ2…冷却水排出口 １７ｂ…燃焼筒 １７ｃ…円筒状隔壁 １７ｄ…燃焼室 １７ｄ1…空気供給口 １７ｄ2…排気排出口 １７ｅ…燃料供給管 １９…インタークーラ ２１…インテークマニホールド ２３…吸気管 ２５…上流側連結管 ２７…下流側連結管 ２９…本流管 ３１…ヒータ用枝管 ３３…空気供給路 ３５…燃焼ガス排出路 ３７…エキゾーストマニホールド ３９…排気触媒 ４０ａ…水温センサ ４０ｂ…水温センサ ４１…マフラ ４２…排気管 ４３…燃焼室本体 ４３ａ…外壁 ４５…送風ファン ４６…ＥＣＵ（ヒータ出力制御手段，流通量判定手段） ｃ１…空気供給路３３と本流管２９との接続箇所 ｃ２…燃焼ガス排出路３５と本流管２９との接続箇所 Ｔ１：エンジン出口部水温 Ｔ２…燃焼式ヒータ出口部水温 ＴＴ…比較温度 ＴＴ１…所定温度 Ｂ…ヒステリシス Ｗ…燃焼式ヒータ１７の出力値 Ｗ１…水管路 Ｗ２…水管路 Ｗ３…水管路 Ｗ４…水管路 Ｗ５…水管路 Ｗ６…バイパス ａ１…エアクリーナ１３から本流管２９に入って来る外
気（新気） ａ１’…接続箇所ｃ１で分岐せず本流管２９を接続箇所
ｃ２に向かう空気 ａ２…燃焼式ヒータ１７の燃焼に供されて燃焼ガスとな
った空気 ａ３…燃焼ガス混入空気 ａ４…エンジン１の排気ガス

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01P 7/16 F01P 3/20 F02M 35/10 F02N 17/06

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関が所定の運転状態にあるときに
   作動して機関冷却水を暖める燃焼式ヒータを有する内燃
   機関において、 機関始動後に前記機関冷却水で内燃機関を冷却する機関
   本体に設けたウォータジャケットと、 このウォータジャケットでの冷却で前記機関冷却水が吸
   収した熱を放出するラジエータと、 このラジエータと前記ウォータジャケットとを結び前記
   機関冷却水を前記ラジエータと機関本体との間で循環す
   る循環路と、 この循環路に設けて前記機関本体から前記ラジエータに
   送られて冷やされ前記ウォータジャケットに戻る前記機
   関冷却水の流通量を制御する流通量制御手段と、 この流通量制御手段による制御によって前記ラジエータ
   に送られて冷やされ前記ウォータジャケットに戻る機関
   冷却水の流通量が多いときは、これが少ないときよりも
   前記燃焼式ヒータの出力を低下させることができるヒー
   タ出力制御手段と、 を有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】 前記ラジエータに向かう機関冷却水の流
   通量の多少を判定する流通量判定手段を有するととも
   に、この流通量判定手段による前記流通量の多少の判定
   は、前記ウォータジャケットに含まれる機関冷却水の温
   度を所定温度との比較に基づいて行うことを特徴とする
   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】 前記機関冷却水の温度が前記所定温度以
   下であるときは、前記ラジエータに向かう前記機関冷却
   水の流れを前記流通量制御手段によって止めるととも
   に、前記機関冷却水の温度が前記所定温度以下のときに
   のみ前記ヒータ出力制御手段によって前記燃焼式ヒータ
   の出力を高め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。
4. 【請求項４】 前記燃焼式ヒータの出す燃焼ガスは、前
   記内燃機関の吸気系に導入することを特徴とする請求項
   １または請求項２に記載の燃焼式ヒータを有する内燃機
   関。