JP3528637B2 - 内燃機関用燃焼式ヒータの制御装置 - Google Patents
内燃機関用燃焼式ヒータの制御装置Info
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Description
素を加熱する技術に関するものであって、特に燃料を燃
焼させたときの熱によって内燃機関の構成要素を加熱す
る燃焼式ヒータの制御装置に関する。
増大し作動性が悪化すると共に、これによる燃費悪化や
騒音増大が発生する。更に内燃機関に関連して作動する
関連の装置、例えば車輌においては、内燃機関の冷却水
を熱源とした車室内ヒータも内燃機関の低温時つまり冷
却水低温時に効きが悪いという問題が発生する。
は自身の発熱量が少ないときに自身の昇温あるいは自身
に関連した関連要素の昇温のために加熱装置を設ける必
要がある。この必要性は、発熱量の少ないディーゼル機
関に特に顕著であり、また、近年における低燃費化傾向
に際して更に顕著なものとなっている。
は、内燃機関の暖機を促進し始動性を向上する技術が開
示されている。この技術は冷却水を加熱する燃焼式ヒー
タを備えることにより冷却水の昇温を促進し、内燃機関
本体の昇温を早めたものである。この技術は内燃機関の
始動時に特に着目したものであるが、内燃機関の始動時
以外にも内燃機関自身の発熱量が少ない時、例えば燃焼
室での燃料消費が少ないときにも内燃機関は比較的低温
となるためこのような場合においても燃焼式ヒータを設
けることは内燃機関自身あるいはその関連要素に有利で
ある。
は始動後しばらくの間の内燃機関の運転中においても燃
焼式ヒータの燃焼は継続されるが、燃焼式ヒータからの
排気ガスは吸気通路を経由し燃焼室に導入される。この
ため排気ガスの熱を内燃機関に回収することができ、よ
り内燃機関の昇温効果が得られることになる。しかしな
がら、内燃機関の運転中に燃焼式ヒータの排気ガスを吸
気通路に導入する場合、内燃機関の燃焼室での燃焼状態
を考慮することなく排気ガスを吸気通路に導入すると燃
焼室での燃焼状態が悪化するという問題があった。例え
ば、燃焼式ヒータから燃焼室に導入される排気ガスの量
が増えれば増えるほど大気より吸入される新気量は少な
くなるが、内燃機関の負荷が高く燃焼室へ供給される燃
料量が多い場合には燃焼室での空燃比はリッチ化しスモ
ークが発生する場合がある。
で、燃焼式ヒータによる排気ガスを内燃機関の吸気系に
導入した場合においても、内燃機関の燃焼室での燃焼を
良好にすることを課題とする。
式ヒータの制御装置は、以下の構成により前記課題を解
決するものである。
燃料量が多い場合(高負荷時)に、燃焼式ヒータの排気
を吸気系に入れると吸入新気量が減るため、空燃比がリ
ッチになってスモークが発生するため、燃焼室へ供給さ
れる燃料量が多い場合は燃焼ヒータの排気を吸気系に入
れるのを中止すればよいとの知見に基づくもので、この
知見から、燃料の燃焼により内燃機関の関連要素を加熱
すると共に、前記燃料の燃焼時に発生する排気ガスを内
燃機関の吸気系に排出せしめる内燃機関用燃焼式ヒータ
の制御装置において、前記内燃機関は、機関回転数とア
クセル開度に応じて燃焼室に供給する燃料量を制御する
燃料制御装置を有し、前記内燃機関用燃焼式ヒータの制
御装置は、少なくとも前記燃料制御装置にて制御されて
燃焼室に供給される燃料量と吸入空気量に基づき燃焼式
ヒータの燃焼状態を制御するようにしたものである。
室に供給される燃料量が多いときは、燃焼室に供給され
る燃料量が少ないときに比し、排気ガス(質)量が低減
するよう燃焼式ヒータの燃焼状態を制御するとよい。
ンプより圧送される燃料と空気供給装置によって供給さ
れる空気によって燃焼をおこなうものに適用され、内燃
機関用燃焼式ヒータの制御装置は上記燃料ポンプ及び空
気供給装置を制御することによって燃焼式ヒータの燃焼
状態を制御することができる。
要素としては内燃機関を冷却する冷却液を例示できる。
さらに本発明は、内燃機関は車輌を推進せしめる動力源
であり、車輌は車室暖房用の車室用ヒータを有し、車室
用ヒータは上記冷却液を熱源とする場合に適用できる。
御装置は前記燃料制御装置によって燃焼室に供給される
燃料量に応じて前記燃焼式ヒータの燃焼状態を制御する
が、そのための具体的な制御としては以下のような制御
を例示できる。
が所定値より多いとき、燃焼式ヒータへの燃料供給量を
減らし、前記燃焼室に供給される燃料量が所定値より少
ないとき、燃焼式ヒータへの燃料供給量を増やす。
い。すなわち、機関回転数が所定値より高く、かつ、前
記燃焼室に供給される燃料量が所定値より多いとき、燃
焼式ヒータへの燃料供給量を減らし、機関回転数が所定
値より低く、かつ、前記燃焼室に供給される燃料量が所
定値より少ないとき、燃焼式ヒータへの燃料供給量を増
やす。
定値より多いとき、燃焼式ヒータへの新気送気量を減ら
し、前記燃焼室に供給される燃料量が所定値より少ない
とき、燃焼式ヒータへの新気送気量を増やすようにして
もよい。
も可能である。すなわち、機関回転数が所定値より高
く、かつ、前記燃焼室に供給される燃料量が所定値より
多いとき、燃焼式ヒータへの新気送気量を減らし、機関
回転数が所定値より低く、かつ、前記燃焼室に供給され
る燃料量が所定値より少ないとき、燃焼式ヒータへの新
気送気量を増やす。
して吸気通路を有し、この吸気通路から燃焼式ヒータへ
新気を供給するヒータ吸気通路と、燃焼式ヒータの燃焼
ガスを吸気通路へと戻すヒータ排気通路とを有し、ヒー
タ吸気通路及びヒータ排気通路は、内燃機関への吸気通
路における、吸気される新気の吸気口と排気口間の差圧
の小さな部分に接続することが好ましい。これにより、
新気の差圧が過大となることはなく、新気流量が過大と
なることはない。このため良好なヒータ着火性を確保で
きる。
せることができる。
クディーゼル機関に適用した場合を示している。
通路、3は排気通路であり、12はインテークマニホー
ルド、14はエギゾーストマニホールドを夫々示す。吸
気通路2の上流位置にはエアクリーナ4が設置されてい
る。また、排気通路3の下流位置には触媒5及びマフラ
6が設置されている。更に、本実施の形態では過給機と
してのターボチャージャ9が設けられており、ターボチ
ャージャ9は、エアクリーナ4とインテークマニホール
ド12の間の吸気通路2に設けられたコンプレッサ10
と、エギゾーストマニホールド14と触媒5の間に設け
られたタービン11から構成されている。尚、コンプレ
ッサ10下流位置の吸気通路2には吸気を冷却するため
のインタークーラ13が設けられている。
し)が形成され、この冷却水通路に冷却水を循環させる
ことにより機関本体1の冷却が行われる。16は車室用
ヒータであり、機関本体1の冷却水通路内部の冷却水が
ヒータ冷却水通路16a、16bを介し循環せしめられ
るものであり、冷却水の熱を放熱することにより車室内
の暖房機として機能する。
ポンプ7bによって導入された燃料を、ファン7cによ
ってヒータ吸気通路7dから導入した新気によって気化
し、この気化された燃料を着火手段7eによって着火し
て燃焼を行うものである。また、燃焼式ヒータ7は燃焼
時に発生した燃焼ガスをヒータ排気通路7fを介して排
出する。ヒータ吸気通路7dはエアクリーナ4とコンプ
レッサ10の間の吸気通路2に接続され、また、ヒータ
排気通路は7fはエアクリーナ4とコンプレッサ10の
間であり、かつヒータ吸気通路7dの下流の吸気通路2
に接続される。燃焼式ヒータ7には機関本体1の冷却水
通路の冷却水が燃焼式ヒータ冷却水通路7g、7hを介
して循環されており、循環せしめられた冷却水は燃焼式
ヒータ7の燃焼時に発生した熱を受熱し昇温せしめられ
る。
数が調整可能に構成されており、電子制御ユニット15
は、機関燃料噴射量に基づきポンプ7b及びファン7c
の回転数を制御する信号を発生する。
き、ポンプ7bにより燃焼式ヒータへの燃料供給量を減
らし、かつ、ファン7cの回転数を減らすことで、燃焼
式ヒータへの新気送気量を減らす。また、燃料噴射量が
所定値より少ないときはこの逆の制御を行う。
吸入空気量あるいはアクセル開度等、エンジン負荷を示
すパラメータを使用して、上記と同様の制御を行うこと
ができる。
17によって行われ、供給される燃料量は電子制御ユニ
ット15により制御される。また、燃料供給量は機関本
体1の回転数及び図示しないアクセルの開度に基づき設
定される。
用いて説明する。吸気通路2から導入される新気はヒー
タ吸気通路7dを介してファン7cによって吸引され、
ヒータ内部新気通路7iを流通せしめられる。また、ポ
ンプ7bは燃料源7aより燃料を供給し燃料蒸発室7j
に燃料を吐出する。燃料蒸発室に吐出された燃料はセラ
ミック布7kに供給されファン7cから供給される新気
によって蒸発し(図中破線の矢印)、ヒータ内部新気通
路7iからの新気(図中実線の矢印)と混合し燃焼す
る。燃焼時に発生した燃焼ガスは排気ガスとしてヒータ
排気通路7fから排出され、その後、吸気通路2に導入
される。尚、着火手段7eはセラミックヒータからな
る。燃焼式ヒータ7の外側部分には燃焼式ヒータ内部の
冷却水通路7lが形成され、燃焼式ヒータ冷却水通路7
hから導入された冷却水は燃焼式ヒータ冷却水通路7l
を循環し、燃焼熱を受熱して燃焼式ヒータ冷却水通路7
gより排出される。上述のように構成された本実施の形
態では、燃焼式ヒータ7によって冷却水を昇温でき、こ
れにより機関本体1の昇温及び車室用ヒータ16の効き
の向上が図れる。
ば、エアクリーナやインタークーラ等、さらには吸気通
路の壁面抵抗の存在により、流れる新気について吸気抵
抗物の前後で差圧が生じる。本実施の形態では、ヒータ
吸気通路7d及びヒータ排気通路7fが吸気通路2にお
ける吸気される新気の差圧の小さな部分に接続されてお
り、着火手段7eによる着火性が向上されている。つま
り、燃焼式ヒータ7への新気導入はファン7cによって
行われるが、ヒータ吸気通路7dとヒータ排気通路7f
が接続される吸気通路2の部分に大きな圧力差があると
燃焼式ヒータ7に導入される新気流量が増大し、気化部
が冷却されたり、気化された燃料ガスの流速が早くなっ
たりして着火手段7eによる着火が困難となる可能性が
ある。これに対し本実施の形態では、ヒータ吸気通路7
dとヒータ排気通路7fが接続される吸気通路2の部分
の間には吸気抵抗物、例えば、エアクリーナやインター
クーラ等は配置されない構成となっており、差圧が過大
となることはなく、新気流量が過大となることはない。
このため良好な着火性が維持できる。また、ヒータ排気
通路7fは排気通路3に接続されてもよいものである
が、周知のように排気通路3は圧力が高く、更に脈動が
生じているため、排気ガスの逆流によって燃焼式ヒータ
7が失火する可能性がある。本実施の形態ではヒータ排
気通路7fは吸気通路2に接続されているため上述のよ
うな逆流が生じることはなく失火が防止できる。更に、
燃焼式ヒータ7の排気ガスを吸気通路に導入することか
ら排気ガスの熱エネルギーを機関本体1に回収でき機関
本体1の昇温効果がより向上できる。
ァン7cの制御フローチャートである。本フローチャー
トは内燃機関1の始動と共に開始され、所定時間間隔で
実行されるものである。まず、ステップ101で外気温
度が5℃以下か否か、ステップ102で冷却水温が60
℃以下か否か、ステップ103で機関本体1の回転数が
3000rpm以下か否か、ステップ104で機関本体
1の負荷(図示しないアクセル開度に相当)が50%以
下か否かを判断する。ステップ101〜ステップ104
において全て肯定判定されるとステップ108に進み、
ステップ101〜ステップ104においていずれか1つ
でも否定判定されるとステップ105に進む。ステップ
101〜ステップ104が全て肯定判定される運転状態
は燃焼式ヒータ7の作動が要求される運転状態である。
つまり、外気温度が低く(ステップ101)、冷却水温
度が低く(ステップ102)、また機関本体1自身の発
熱量が小さい場合(ステップ103、ステップ104)
は燃焼式ヒータ7の作動が要求されるということであ
る。ここでステップ103及びステップ104のごとく
機関本体1自身の発熱量が小さいときのみ燃焼式ヒータ
7の作動が要求されるとしたのは、機関本体1自身の発
熱量が多いときはその発熱量によって十分冷却水を昇温
させうること、また、燃焼式ヒータ7の排気ガスが吸気
通路2に導入せしめられる構造のため、排気ガスの熱に
よる吸気通路2の他装置への影響を軽減するためであ
る。ステップ101〜ステップ104いずれか1つでも
否定判定された場合、ステップ105に進みポンプ7
b、及び、ファン7cの目標回転数NP及びNFを0に
設定し、更に、ステップ106でフラグFを0としてス
テップ107に進む。ステップ107では電子制御ユニ
ット15によってポンプ7b及びファン7cが目標ポン
プ回転数NP及び目標ファン回転数NFに回転数制御さ
れる。ステップ101〜ステップ104全てにおいて肯
定判定されるとステップ108にてフラグFが0である
か否かが判定される。
テップ108に進んだ場合フラグFは0であるため否定
判定されステップ109で着火手段7eを所定時間作動
させる制御を電子制御ユニット15で実行する。そし
て、ステップ110にてフラグFを1としてステップ1
11に進む。ステップ108で肯定判定された場合は既
に燃焼式ヒータ7の燃焼が実行されている状態であり、
着火手段7eを作動させることなく、ステップ111に
進む。ステップ111では機関本体1に供給されている
燃料供給量Qfを検出する。ここで燃料供給量Qfは機
関1回転毎の燃料供給量であり、図示しない演算手段に
よって負荷・回転数等より演算する。ステップ111で
燃料供給量Qfの演算が終了するとステップ112で燃
料供給量Qfが判定値Qfr以上か否かを判定する。燃
料供給量Qfが判定値Qfrより大きいときはステップ
113に進み目標ポンプ回転数NPをNP1に設定し、
また、目標ファン回転数NFをNF1に設定する。これ
に対し、燃料供給量Qfが判定値Qfrより小さいとき
はステップ114に進み、目標ポンプ回転数NPをNP
2に設定し、また、目標ファン回転数NFをNF2に設
定する。ここでNP1とNP2、及び、NF1とNF2
の関係は、NP1<NP2、NF1<NF2となるよう
に設定されている。そして、ステップ113あるいはス
テップ114にて目標ポンプ回転数NP及び目標ファン
回転数NFが設定されるとステップ107に進み、電子
制御ユニット15によって燃料ポンプ及びファンの回転
数が目標ポンプ回転数NP及び目標ファン回転数NFと
なるよう制御される。
1への燃料供給量Qfが判定値Qfrより大きいとき、
ポンプ7b及びファン7cの回転数が小さな値NP1及
びNF1に設定されるため、燃焼式ヒータ7の出力は低
下し排気ガスの発生量は少なくなる。従って、機関に吸
入される新気量の低下が抑制でき燃焼室での空燃比のリ
ッチ化が抑制されスモークの発生を抑制できる。
上か否かで目標ポンプ回転数や目標ファン回転数を第1
の値から第2の値に切り換えているが、燃料噴射量に応
じた目標ポンプ回転数や目標ファン回転数を相関関係式
で計算しあるいは、対応マップ等のデータで持ち、その
計算結果やマップのデータ値に可変するようにしてもよ
い。
上記のように燃料噴射量に応じて燃焼ヒータの燃焼状態
を制御する場合に加え、機関回転数に応じても燃焼ヒー
タの燃焼状態を制御するようにしたものである。
回転数及び機関燃料噴射量に基づきポンプ7b及びファ
ン7cの回転数を制御する信号を発生する。すなわち、
機関回転数が所定値より高く、しかも、燃料噴射量が所
定値より多いとき、ポンプ7bにより燃焼式ヒータへの
燃料供給量を減らし、かつ、ファン7cの回転数を減ら
すことで、燃焼式ヒータへの新気送気量を減らす。ま
た、機関回転数が所定値より低く、しかも、燃料噴射量
が所定値より少ないときはこの逆の制御を行う。
速時のように、瞬間的に燃料を増量する場合も燃焼式ヒ
ータの排気を吸気系に入れるのを中止するようにしても
よい。
燃料量に応じて燃焼式ヒータの燃焼状態を制御すること
により内燃機関の燃焼状態を良好にすることができる。
である。
Claims (10)
- 【請求項1】燃料の燃焼により内燃機関の関連要素を加
熱すると共に、前記燃料の燃焼時に発生する排気ガスを
上記内燃機関の吸気系に排出せしめる内燃機関用燃焼式
ヒータの制御装置において、前記内燃機関は、機関回転数とアクセル開度に応じて燃
焼室に供給する燃料量を制御する燃料制御装置を有し、 前記内燃機関用燃焼式ヒータの制御装置は、少なくとも
前記燃料制御装置にて制御されて燃焼室に供給される燃
料量と吸入空気量に基づき燃焼式ヒータの燃焼状態を制
御するようにしたことを特徴とする内燃機関用燃焼式ヒ
ータの制御装置。 - 【請求項2】前記内燃機関用燃焼式ヒータの制御装置
は、前記燃焼室に供給される燃料量が多いときは、当該
燃料量が少ないときに比し、前記排気ガスの発生量が低
下するよう前記燃焼式ヒータの燃焼状態を制御すること
を特徴とする請求項1に記載の内燃機関用燃焼式ヒータ
の制御装置。 - 【請求項3】前記燃焼式ヒータは燃料ポンプより圧送さ
れる燃料と空気供給装置によって供給される空気によっ
て燃焼をおこなうものであり、前記内燃機関用燃焼式ヒ
ータの制御装置は前記燃料ポンプ及び空気供給装置を制
御することによって前記燃焼式ヒータの燃焼状態を制御
することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関
用燃焼式ヒータの制御装置。 - 【請求項4】前記内燃機関の関連要素は内燃機関を冷却
する冷却液であることを特徴とする請求項1に記載の内
燃機関用燃焼式ヒータの制御装置。 - 【請求項5】前記内燃機関は車輌を推進せしめる動力源
であり、上記車輌は車室暖房用の車室用ヒータを有し、
前記車室用ヒータは上記冷却液を熱源とすることを特徴
とする請求項4に記載の内燃機関用燃焼式ヒータの制御
装置。 - 【請求項6】前記燃焼室に供給される燃料量が所定値よ
り多いとき、燃焼式ヒータへの燃料供給量を減らし、前
記燃焼室に供給される燃料量が所定値より少ないとき、
燃焼式ヒータへの燃料供給量を増やすことを特徴とする
請求項1から3のいずれかに記載の内燃機関用燃焼式ヒ
ータの制御装置。 - 【請求項7】機関回転数が所定値より高く、かつ、前記
燃焼室に供給される燃料量が所定値より多いとき、燃焼
式ヒータへの燃料供給量を減らし、機関回転数が所定値
より低く、かつ、前記燃焼室に供給される燃料量が所定
値より少ないとき、燃焼式ヒータへの燃料供給量を増や
すことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の
内燃機関用燃焼式ヒータの制御装置。 - 【請求項8】前記燃焼室に供給される燃料量が所定値よ
り多いとき、燃焼式ヒータへの新気送気量を減らし、前
記燃焼室に供給される燃料量が所定値より少ないとき、
燃焼式ヒータへの新気送気量を増やすことを特徴とする
請求項1から3のいずれかに記載の内燃機関用燃焼式ヒ
ータの制御装置。 - 【請求項9】機関回転数が所定値より高く、かつ、前記
燃焼室に供給される燃料量が所定値より多いとき、燃焼
式ヒータへの新気送気量を減らし、機関回転数が所定値
より低く、かつ、前記燃焼室に供給される燃料量が所定
値より少ないとき、燃焼式ヒータへの新気送気量を増や
すことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の
内燃機関用燃焼式ヒータの制御装置。 - 【請求項10】内燃機関の吸気系として吸気通路を有
し、また、この吸気通路から燃焼式ヒータへ新気を供給
するヒータ吸気通路と、燃焼式ヒータの燃焼ガスを吸気
通路へと戻すヒータ排気通路とを有し、 ヒータ吸気通路及びヒータ排気通路は、内燃機関への吸
気通路における、吸気される新気の差圧の小さな部分に
接続されることを特徴とする請求項1から3のいずれか
に記載の内燃機関用燃焼式ヒータの制御装置。
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JP32864598A JP3528637B2 (ja) | 1997-11-18 | 1998-11-18 | 内燃機関用燃焼式ヒータの制御装置 |
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JP31750697 | 1997-11-18 | ||
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Publication Number | Publication Date |
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JPH11264366A JPH11264366A (ja) | 1999-09-28 |
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1998
- 1998-11-18 JP JP32864598A patent/JP3528637B2/ja not_active Expired - Fee Related
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